摘要：地面直驱式螺杆泵是在螺杆泵基础上发展而成的抽油机械，采用永磁同步电机带动光杆直接驱动井下螺杆泵，减少了机械减速器和皮带减速器，效率很高。本文介绍了安邦信AM300开环矢量型变频器在地面直驱螺杆泵上的应用，其控制性能可靠，节能效率高。
关键词：变频器 地面直驱螺杆泵 安邦信
引言：
地面直驱螺杆泵是近年来迅速发展起来的一种采油机械，特别适合高黏稠、高含气、高含砂、高含水以及低产油井的原油开采，能有效地克服气锁、砂卡等现象，且占地面积小，效率高，其增产节能优越性正日益显现。地面直驱螺杆泵采用永磁同步电机驱动，取消了皮带传动、减速箱齿轮二级减速的驱动装置，配备AMB新一代的开环矢量变频器AM300系列，采用电磁刹车的方式，使泵杆弹性变形缓慢的释放，整个系统简洁而又紧凑，操作简单，运行高效平稳。
地面直驱螺杆泵介绍：
永磁同步电机直驱螺杆泵由机械传动系统和电气控制系统组成，它取消了传统的皮带传动、减速箱减速装置、停机防反转机械装置等，低速永磁同步电机直接驱动光杆带动井下螺杆泵，其结构如图1所示。动力传输方式是：电机的扭矩由电机空心轴-密封连接套-方卡子-光杆。光杆通过电机的空心轴伸出，通过方卡子与电机空心轴联接，将电机扭矩传递到泵杆上。井口的轴向承载和机械密封装置设计在电机的下端面和空心轴内，从而实现轴向承载、机械密封及动力电机基于一体的设计。密封组合将动密封与静密封组合在一起，保证采出液不外漏，电机的下端与承重段联接，它承担全部泵组的重量，承重段的承重轴承应用润滑油润滑，方便维修和换油。另外，在承重装置壳体的上法兰增加了一个溢流通道，将机械密封正常工作时产生的微小泄露液体排出，防止造成机油乳化降低润滑效果。
直接驱动方式不需要配置减速箱，不但提高了系统的工作效率，也避免了传统螺杆泵采油系统经常出现的更换皮带轮、添加润滑油、改变生产参数和管理维护不便等问题。
采用永磁同步电动机驱动的优点：
普通螺杆泵的机械传动效率只有80%左右，而通过电机直接驱动光杆，传动效率可以达到98%。直驱式螺杆泵的驱动电机为永磁同步电机，永磁同步电机虽然不可直接启动，但它具有以下特点：
（1）体积小，功率密度大，结构紧凑。
（2）运行效率高。转子转速与定子旋转磁场完全同步，与异步电机相比，无转子损耗；与普通电励磁同步电机相比，转子不需外加励磁电源，消除了励磁损耗。因此，永磁同步电机的额定效率可达到94％以上。永磁同步电机轻载时效率高，最高可达额定值的96％左右，而异步电机在轻载运行时的效率远低于其额定值。因此，在大部分运行时间处于轻载状态的工况下，永磁同步电机的节电效果更加理想。综合来看，永磁同步电机的效率比同规格感应电机提高6%~10%。
（3）功率因数高。由于转子为永磁体，永磁同步电机定子侧无需提供励磁电流，并且电感压降比较小，在轻载和重载范围内功率因数都比较高，即保证整个功率范围内保持较高的功率因数，由于异步驱动电机在轻负载运行时功率因数低，因此使用永磁同步电机后的无功节电效果相当显著。
（4）启动力矩大，过载能力强，且适合于做多对极，可不加传动箱直接驱动负载。
变频器的功率选择：
一般来说，我们使用多大功率的电机，就得配上多大功率的变频电源，这是无可置疑的。但是同步电动机(如稀土永磁同步电机)的起动特性是很复杂的，至今尚无比较权威的计算理论资料。从特性分析：首先由于电机的转子表面具鼠笼装置，要依靠转子的鼠笼对电机进行通电后的自启动。因此，在启动过程中具有典型的异步电动机的特性。第二，由于转子内放置有相对的永磁体，如果我们将转子旋转起来，电机的定子发出电来，即成为发电机。而永磁同步电动机在启动过程中存在发电机的效应，因此，为了让永磁同步电机启动运转起来，必须要克服发电效应的阻力矩，电动机才能启动，也就是说要消耗更多的空载功率才能达到。因此说永磁同步电动机比异步电动机启动要困难得多，消耗的电功率大的永磁体越多，消耗的电功率也越大，所以永磁同步电动机在启动过程中必须要有比较大的电流才行。据测算，同步电机的启动电流一般是异步电机的1～4倍左右。