負載介紹
永磁同步電機直驅螺桿泵由機械傳動系統和電氣控制系統組成，它取消了傳統的皮帶傳動、減速箱減速裝置、停機防反機械裝置等，低速永磁同步電機直接驅動光桿帶動井下螺桿泵，其結構如圖1 所示。動力傳輸方式是：電機的扭矩由電機空心軸-密封連接套-方卡子-光桿。光桿通過電機的空心軸伸出，通過方卡子與電機空心軸聯接，將電機扭矩傳遞到泵桿上。井口的軸向承載和機械密封裝置設計在電機的下端面和空心軸內，從而實現軸向承載、機械密封及動力電機基於一體的設計。密封組合將動密封與靜密封組合在一起，保證采出液不外漏，電機的下端與承重段聯接，它承擔全部泵組的重量，承重段的承重軸承應用潤滑油潤滑，方便維修和換油。另外，在承重裝置殼體的上法蘭增加了一個溢流通道，將機械密封正常工作時產生的微小泄漏液體排出，防止造成機油乳化降低潤滑效果。
解決方案
在直驅式螺桿泵數字化方案中可以用通訊控制變頻器，若變頻器的啟停和頻率給定完全用通訊控制，則在控制器中可以編入停機程序，以便當採用自動控制（通訊控制）時緩慢釋放反扭矩。當發出停機命令時，AS500 將變頻器控制方式變為扭矩模式再由控制器發出制動力矩信號，經過一定的延時時間后再停止變頻器。
在油田的實際運行中，為了提高抽油機控制的可靠性，一般會備用一路端子硬接的控制方式，從而在整個直驅螺桿泵的控制中形成手動/自動控制，手動為端子控制變頻器，自動為通訊控制變頻器。變頻器直接介入主電路，控制方式切換採用端子切換。
採用變頻器緩慢釋放反扭矩的方案變頻器需配置制動單元和制動電阻，抽油桿儲存的彈性形變能量可由制動電阻消耗掉。其主電路和控制電路如圖3 和圖4所示。
圖 3 系統主迴路
若油田數字化水平比較落後，可採用本地手動控制+能耗制動防反轉方式。以山東某油田某井場為例來說明這種控制方案。要求在變頻器拖動滿負載情況下電機運行轉速達到200 轉/分，啟動轉矩達到1600N·M，其電機參數如表1 所示。
表1 電機參數
地面直驅螺桿泵永磁同步電機功率為31kW，額定電流為64A，充分考慮其高啟動扭矩的負載特點，選用AS500-4T0031 變頻器驅動。由於在螺桿泵停機時，存在彈性反扭矩，抽油桿柱將告訴反轉，若不加以限制，勢必會造成抽油桿脫扣。因此，可以採取電氣能耗制動的方式防止反轉，利用泄放電阻進行能耗制動，將有感泵儲存的彈性變形能帶動電機軸旋轉發出的電能釋放。電路中採用常開/常閉出點的交流接觸器組。正常工作時，交流接觸器主觸點閉合，驅動器與力矩電機繞組連接，電機正常運行。斷電時，交流接觸器主觸點斷開，電機繞組與驅動器斷開，同時交流接觸器輔助出點閉合，電機繞組與3 個能耗電阻短接。如果螺桿泵反轉，則電機變成了發電機，發出的店在電阻上小號，即把傳動桿變形產生的機械能轉化成電阻上的熱能消耗，此時電機轉子會緩慢地反轉直至停止，達到保護目的。
AS500 的行業應用特點
新時達高性能AS500 變頻器選用TI 公司最新推出的32 位DSP 晶元，具有專門針對永磁同步電動機的矢量控制，具有很高的電機控制性能及精度，其技術特點
如下:
1、永磁同步電機矢量控制啟動扭矩為0HZ/150%;
2、過載能力:150 額定電流60s;
3、開環控制精度可達0.2%最高轉速;
4、可支持2 組同步電機切換控制;
5、支持Modbus、Profibus、乙太網、CAN 匯流排通訊協議；
6、具有轉速追蹤功能，輕鬆實現任何時候電機無衝擊啟動；
7、0s 加速時間，可直接啟動而不過流；
8、標配數字電位器，並支持多種靈活頻率調節模式；
9、可支持參數拷貝和下載；
10、故障代碼多達36 種，記錄前6 次故障代碼以及前三次詳細的故障信息；可採用法蘭式安裝，節省用戶安裝空間；
