电机拖动系统中变频器调速原理和应用分析

  我国的油田绝大部分为低能、低产油田，不像国外的油田有很强的自喷能力，大部分油要靠注水来压油入井，靠抽油机(磕头机)把油从地层中提升上来。在我国，以水换油、以电换油是目前油田的现实，耗电费用在我国的石油开采成本中占了相当大的比例。所以，为进一步提升抽油机采油系统效率，节约能源，降低开采成本，研制开发数字化抽油机就显得很重要。游梁式抽油机作为油田开发的主要设备，往往在现场应用中，还存在抽油机运行参数与油井参数相差较大，抽油机的平衡状态和工作冲次与油井参数不匹配，致使抽油机的工作状态不良、系统效率低下等弊病。数字化抽油机的研制开发能够准确的通过油井负荷大小使抽油机达到最佳的平衡状态，根据油井的产液量使抽油机工作在合理的冲次，并根据油井工况对抽油机进行相对有效的保护；从而最大限度的使抽油机的运行参数与油井参数相一致，发挥抽油机的工作上的能力，达到低碳开发和节能开采的目的。数字化抽油机除了具备井口数据采集、传输和远程启停外，还需实现抽油机的自动调参目的，实现真正意义的数字化管理和智能控制。

  游梁式抽油机运动为反复地上下提升，一个冲程提升一次，其动力来自于电动机带动的两个重量相当大的平衡块，当平衡块提升时，将采油机杆送入井中，平衡块下降时，采油杆提出带油至井口。由于电机转速一定，在滑块下降过程中，负荷减轻，电机拖动产生的能量无法被负载吸引，导致电机进入再生发电状态，将多余的能量反馈到电网，引起主回路母线电压的升高，势必会对整个电网产生冲击，导致电网供电质量下降，功率因数降低，频繁的高压冲击会损坏电机，缩短电机寿命、维护量加大。

  另一方面游梁式抽油机为客服大的起动转矩，采用的电动机远大于实际所需功率，工作时电动机的利用率一般在20%~30%之间，最高不会超过50%，电动机经常处于轻载状态，造成了电动机资源的浪费。并且抽油机的工作情况是连续变化的，这些都取决于地底下的状态，若始终处于工频运行，势必也会造成电能的浪费。为了节能，提高电动机的工作效率，需进行变频改造。

  为了解决以上问题，可将变频技术引入到游梁式抽油机控制中去。根据电机理论可知，其转速公式为：n=60f（1-s）/P 其中：P为电动机的极对数，s为转差率，f为供电电源频率，n为电动机的实际转速。从式能够准确的看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而能够连续地改变提油机的抽油速度。根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率，这样做才能够根据井况的变化，方便的调节抽油机的冲程，达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动，转速可以平滑地大范围调节，对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电机及机械设备，保证设备在安全的电压下工作，具有运行平稳、可靠，提高功率因数等诸多优点，是采油设备改造的理想方案。

  抽油机节能目前来说比较成熟的方案就是采用变频器对其电机拖动系统进行改造，抽油机用变频器拖动有如下三个优点：

  （1）大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），大大减小了供电电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损。以提高电网质量，减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为了避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

  （2）可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，一方面达到节能目的，同时还可以增加原油产量。

  （3）实现了的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，延长了设备的使用寿命，提高了生产效率。

  Goodrive200A变频器是我司开发的新一代开环矢量型变频器，可用来控制异步交流感应电机。产品采用国际领先的无速度传感器矢量控制技术，运用DSP控制系统，并且强化产品的可靠性和环境的适应性以及客户化的设计，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定。

  Goodrive200A开环矢量型变频器具有优异的空间电压控制性能，能满足不同客户多种应用需求。同时，Goodrive200A开环矢量型变频器具有超出同类产品的防跳闸性能和适应恶劣电网、温度、湿度和粉尘能力，极大提高产品可靠性。

  Goodrive200A开环矢量型变频器采用模块化设计，在满足客户通用需求的前提下，通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化需求。强大的速度控制、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、摆频控制等，满足各种复杂传动的要求，同时为设备制造业客户提供高集成度的一体化解决方案，对降低系统成本，提高系统可靠性具有极大价值。

  Goodrive200A开环矢量型变频器通过电磁兼容性整体设计，满足用户对应用场所的低噪音、低电磁干扰的环保要求。

  在游梁式抽油机变频拖动的实际应用过程中出现了许多问题，这些问题主要集中在游梁式抽油机的发电状态产生的能量的处理上。

  这种方式可比较方便的实现，但是以多耗电能为代价，这主要是因为发电能量不能回馈电网造成的。在未采用变频器时，电动机处于电动状态时，电动机从电网吸收电能（电表正转）；电动机处于发电状态时，电动机释放能量（电表反转），电能直接回馈电网的，并没有在本地设备上耗费掉。综合表现为抽油机的供电系统的功率因数较低，对电网质量影响较大。但是在使用普通变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路，必须用电阻来就地消耗，这就是必须使用能耗制动单元的原因。

  为了回馈再生能量，提高效率，可以采用能量回馈装置，将再生能量回馈电网，当然这样一来，系统就更复杂，投资也就更高了。所谓能量回馈装置，其实就是一台有源逆变器。按采用的功率开关器件的不同又可以分为晶闸管（SCR）有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变器两种，它们的共同特点是可以将变频器直流回路的电压反馈到电网，如图1所示。加装能量回馈单元的变频器适用于交流50Hz，额定电压380V的异步电动机，实现软起动、软停车和调速运行过程控制。具有起动电流小、速度平稳、性能可靠、对电网冲击小等优点，可实现上下速度任意调节和闭环控制运行；用户可根据油井的液位、压力确定抽油机的冲机、速度和产液量，降耗节能，提高泵效；使设备减少磨损，延长使用寿命，高效节能低成本，实现在最大节能状态下的自动化运行。

  通过油田现场测试的抽油机的示功图表明由Goodrive200A变频器组成数字化抽油机运行良好，抽油机工作在最佳的状态。采用英威腾Goodrive200A变频器作为控制的解决方案在数字化抽油机应用中有如下优点：（1）变频解决方案，能够准确的通过现场油井负荷大小使抽油机达到最佳的平衡状态，根据油井的产液量使抽油机工作在合理的冲次，并根据油井工况对抽油机进行有效的保护；从而最大限度的使抽油机的运行参数与油井参数相一致，发挥抽油机的工作能力，实现低碳开发和节能开采。（2）变频器内置的通讯功能，提供RS485通讯接口，使之与RTU控制模块的通讯连接更加简便。（3）模块化设计，系统的维护更加简单。（4）变频器具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能，能有效保证系统安全高效的运行。（5）可以通过站控平台有效实现变频器的参数调整及管理要求，实现真正意义上的井场无人值守。胜利油田某采油厂2012年使用能量回馈式电磁调速电动机135台。经测试其平均吨液有功节电率为32％，平均吨液无功节电率为43％，功率因数平均提高0.21，综合节电率为35％。形成年节电能力456万千瓦时，年节电效益320万元。下图为现场抽油机变频器系统图片。

  数字化抽油机除了具备井口数据采集、传输和远程启停外，还实现了抽油机的自动调参，最大限度地降低一线员工的劳动强度和减少一线员工的用工总量，使井场设备达到无人值守。英威腾Goodrive200A变频器作为数字化抽油机的动力驱动设备，以其高效、低噪声、大启动转矩、高可靠性、良好的调速性能、免维护等优越性在数字化抽油机中有着良好的应用，经实际运行证明：此控制系统稳定、进一步提高抽油机采油系统效率，节约能源，降低开采成本，实现油田经济有效开发，实现真正意义上的数字化管理和智能控制。

  O 引言 无刷直流电机因其体积小，重量轻，维护方便，高效节能等一系列优点，被广泛用于各个领域。尤其随着高性能的单片机和专门用途的DSP(Digital Signal Processor)微处理器和集IGBT模块及其驱动和保护于一身的智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)的发展，使无刷直流电机的位置检测和换相更加准确稳定。本文以DSP( TMS320LF2407 A)作为核心的三相无刷直流电机控制系统为研究对象，采用双极性PWM(PulseWidth Modulation)控制技术，利用智能功率模块IPM(PM50RSAl20)，设计一种电机控制系统，实验结果表明，系统调速范围宽，控制性能良好。

  的设计 /

  电机驱动能效不论提高多少，都会节省大量的电能，这就是市场对先进的电机控制算法的兴趣日浓的部分原因。三相无刷电机主要指是交流感应异步电机和永磁同步电机。这些电机以能效高、可靠性高、维护成本低、产品成本低和静音工作而著称。感应电机已在水泵或风扇等工业应用中得到广泛应用，并正在与永磁同步电机一起充斥家电、空调、汽车或伺服驱动器等市场。推动三相无刷电机发展的主要原因有：电子元器件的价格降低，实现复杂的控制策略以克服本身较差的动态性能成为可能。 以异步电机为例。简单的设计需要给定子施加三个120°相移的正弦波电压，这些绕组的排列方式能够产生一种旋转磁通量。利用变压器效应，这个磁通量在转子笼内感应出一股电流，然后产生转子磁通量。就是这

  实施磁场定向控制 /

  目前生活中总是会使用到各种各样的设备，这些设备的协同工作为人们的生活提供了更多的方便，当然在使用设备过程中也要做好充分的了解，变频器在生活中应用也是极为广泛的，那么变频器的作用是什么？下面让我们一起来详细了解下吧。 变频器组成部分 变频器在目前生活中的应用是非常广泛的，那么变频器组成部分有哪些呢？变频器一般由主电路、整流器、平波回路以及逆变器等多个部分组成。 主电路：主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流

  有哪几部分组成？其优势是什么？ /

  一、前言： 传统的磨床主轴通过工频直接启动运行，主轴砂轮电动机均按传统启动电路运行。当出现电网电压有一定波动时，导致砂轮主轴转速有一定波动，影响工件的磨加工精度。因此从提高加工质量加工效率等方面考虑，将变频调速技术应用于磨床，可以收到满意的效果，但通用变频器由于抗环境能力差等劣势越来越不符合磨床等现场要求，所以具有低频大力矩，防护等级高的高性能矢量变频器就成了磨床现场的应用需求。 二、工艺要求： 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮对工件进行磨削加工，高速旋转的主轴使用变频器控制有如下要求： 1. 低频加工，力矩大，磨床进行粗加工时，需要主轴运行在低速频率内，通用的变频器低频运行

  阐述使用低成本的ARM7 LPC2101微处理器设计无刷直流电机的控制方案；详细地介绍微处理器、MOSFET驱动和MOSFET的原理设计和程序流程，以及与电机保护相关的技术及处理方法，如电机稳定运行状态机，降低电机噪声，软件防止电机陡转等。该方案可以应用在打印机、电动自行车、洁牙机等电机控制产品上。 LPC2101是基于16/32位 ARM7 CPU嵌入高速Flash闪存的微控制器，具备高性能，小体积封装，低功耗，片上可选择多种外设等优点，应用范围很广。其具备的多种32位和16位定时器、10位A/D转换器和每个定时器上PWM匹配输出特性，尤其适用于工业控制。 无刷直流电机是一种易驱动电机，适用于变速和启动转矩很高的应用

  控制设计方案 /

  介绍 电机在现代生活中扮演着重要角色。出于对安全、成本及效率的考虑，工程师——尤其是混合电动力汽车(HEV)工程师——往往希望在特定的真实环境下通过仿真电机模型对电机控制器进行测试。 由于在经济及环境等方面展现出的优势，HEV受到了广泛的关注，而电机正是HEV的核心部件。尤其是考虑到HEV的电机及电力电子器件体积大, 成本高; 在让控制器去控制这些实际的部件前, 先用硬件在环仿真的方法来测试和验证控制器的性能是非常必要的. 本文讨论基于FPGA而设计的高速HIL仿真器来实现电机控制器测试。下图为HIL测试系统。 电机驱动仿真器包括DC电压源、逆变器桥路以及电机。我们支持永磁同步电机(PMSM)及无

  控制器测试 /

  变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。 变频器的结构组成 变频器的结构组成一般包括以下几个组件： 1.整流器：将交流电转换成直流电，通常采用三相全波整流电路。 2.滤波器：使用电容、电感等元器件滤除直流电中的谐波和杂波，使输出电压更稳定。 3.逆变器：将直流电转换成交流电，可以采用各种电路结构，如单相全桥、三相桥等。 4.控制电路：通过控制逆变器的开关管，实现输出电压的调节，控制变频器的输出频率和电压。 5.保护电路：包括过流保护、过压保护、欠压保护、过载保护等，可以保护变频器以及使用的电机等设备。 6.显示部件：通常使用LED或LCD等显示器显示运行状态、参数等信息。

  引言 步进电机是控制执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。步进电机将电脉冲信号转换成相应角位移或线性位移的驱动装置，其转动速度和脉冲频率能严格同步，具有较高的重复定位精度，且没有累积误差。步进电机的驱动是由驱动电路实现的，驱动电路和步进电机构成一个有机整体。 步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的优点，但同时也存在振荡、失步以及精度不够的问题，从而制约了在高精确度自动控制系统中的应用，如雕刻机、打印机、硬盘驱动器、绘图仪、钻孑L机等。采用细分控制可以很好地提高精度，因此对基于单片机控制的步进电机步距角细分系统来进行设计与研究有着实际的意义。 1 原理与方案 1．1 细分原理

  的设计 /

  驱动控制技术及其应用设计研究

  驱动里的宽带隙技术应用

  驱动技术发展及现状

  解决方案指南

  MPS电机研究院 让电机更听话的秘密！ 第一站：电机应用知识大考！跟帖赢好礼~

  电源小课堂 从12V电池及供电网络优化的角度分析电动汽车E/E架构的趋势

  解锁【W5500-EVB-Pico】，探秘以太网底层，得捷电子Follow me第4期来袭！

  英特尔成立独立FPGA公司，加速行业创新继宣布将可编程解决方案事业部 (PSG) 作为独立业务部门运营后，英特尔将于3月1日举行FPGA Vision ...

  短短几日，AI又掀起新一轮浪潮，而作为其核心动力的AI芯片，也迎来巨变。...

  fm音频发射电路图（一）这是FM麦克风在麦克风中说话并在FM接收器上听到您的声音的电路图。该电路包含麦克风前置放大器，用于增加微弱声音的 ...

  基于NE555定时器音调发生器电路（一）这是基于NE555定时器的音调发生器电路。NE555是一个非常有名的IC，用于许多电路，并执行各种任务。在 ...

  易于构建的2瓦音频放大器电路一个格外的简单的迷你易于构建的2瓦音频放大器电路，很适合用于袖珍收音机和其他小型音频小工具等小型项目。该 ...

  站点相关：嵌入式处理器嵌入式操作系统开发相关FPGA/DSP总线与接口数据处理消费电子工业电子汽车电子其他技术存储技术综合资讯论坛电子百科