电动修井机矢量变频控制探究

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1、电动修井机矢量变频控制探究　　【摘要】电动修井机带电机转速反馈的矢量变频控制，实现了电机速度的闭环控制，速度控制精确，电动修井机绞车游钩定位及时准确，较好地满足了修井作业重载启动与高速提升性等要求。【关键词】矢量控制；电动修井机；制动引言修井机是石油勘探开发的重要装备之一，用于油田油水井作业时上提下放抽油管、抽油杆等。每根抽油管、抽油杆大约10米左右，平均每小时作业70～80根，即45～51秒完成上提下放和卸扣等作业过程，上提下放和卸扣时间各约占1/3，即15～17秒完成上提或下放10米油管作业。作业过程短时间内加减速频繁，在上提减速过程，电机处于第二象限运行，在下放过程，电机大部分时间

2、处于第四象限运行，在上提下放过程均有能量反馈，同时根据作业工艺要求，作业过程需确保绞车游钩具有快速的速度切换及油钩的准确定位，严禁出现上碰下砸现象。针对上述的特点，必须选择带速度反馈的矢量变频控制，同时配置制动电阻，才能满足油田修井作业工艺及安全要求。1矢量变频控制原理5矢量变频控制即磁场定向控制。控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流

3、矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。带有速度传感器（如增量型旋转编码器）的矢量控制，变频电机实时转速可直接由安装在电机轴上的增量型旋转编码器测量得到并反馈至变频器，既准确又迅速，变频器根据反馈量及时调整其输出。2矢量控制过程分析2.1额定频率以下的恒转矩调速采用矢量控制方式可以使电机在低速，2Hz（对于6极电机，其转速约为40r/min）时的输出转矩可以达到电机在额定频率25.5Hz输出的转矩，变频器通过对电机端电压降的快速响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产生大的转矩。2.2额定频率以上的恒功率调速电机恒功率范围决定于电机的最大转矩，而最大转矩又决定于电机的漏抗，

4、电压恒定时最大转矩将与变频器输出频率的平方成反比。53设备选型和硬件连接电动修井机的矢量变频控制必须正确的选择变频电机和矢量变频器。对于编码器的选选择应当特别注意其输出方式和电源电压，以便于和变频器的编码器接口卡进行匹配。3.1变频电机采用汾西中船重工公司双伸出轴并带有编码器的6极变频电机，额定频率25.5Hz，额定转速498r/min，其附带编码器输出信号为HTL电平，供电电压DC24V。3.2变频器矢量变频控制对变频器的特征要求较高，需要具有磁通矢量控制方式，并具有较大的过载能力、低频高扭矩输出能力以及可编程的S曲线，同时需具备控制电动修井机机械制动等功能。同时变频器还需有接收电机编

5、码器信号的接口模块。韩国SEOHO矢量型变频器以其在起重机、港机方面调速的优异品质及极高性价比，电动修井机选择SOHOVD4Y高性能矢量变频器。在本系统中，采用PLC控制驱动变频器，包括发出正反转指令，设定运行速度和故障复位等信号。4调试前的准备工作5由于在矢量控制方式下，变频器需要较精确的电机相关参数，因而必须正确的设置电机的铭牌参数，并且通过电机自整定测试过程，定子电阻、转子电阻、定转子感抗、漏抗等电机参数写入变频器P21.0、P21.1、P21.2、P21.3、P21.4、P21.5。4.1编码器信号检查在自整定测试前，必须检查编码器的接线（只接A、B通道和电源）和转向。如果编码器

6、信号接反可设定P19.1，无需倒线。4.2电机自调整步骤在手动操作模式下，首先进行静态自调整，即电机不转动变频器加电测试。结束后进行动态自调整步骤，在动态自调整过程中，电机必须为空载状态，即电机与负载脱开。在自检完成后，设定变频器参数P19.0、P19.1、P19.2使编码器反馈生效。5变频器能量回馈处理电动机在减速或下放过程过程中，位于第二、第四象限运行，变频器当直流母线电压高于设定值690V时，可投入外接制动电阻使直流母线之间电容器上存储的电能得到泄放，将其产生的能量通过制动电阻以热能的方式释放。6变频器数据结构由于本系统PLC使用Profibus通信方式控制变频器的运行，其部分状态

7、字、控制字格式如下：6.1变频器状态字Bit0：变频器准备好；Bit1：变频器运行/停止状态；5Bit2：变频器制动信号；Bit3：变频器故障；Bit4：变频器警告；Bit5：电机转向；Bit6：变频器过流保护；Bit7：变频器过热保护；Bit8：变频器直流母线电压限制；Bit9：不用；Bit10：变频器主开关状态；Bit11～Bit15：不用。6.2变频器控制字Bit0：变频器运行/停止；Bit1：变频器运行方向；Bit2：变频器