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游梁式投油機，俗稱磕頭機，是普遍應用于油田采油作業的投油設備。以往磕頭機的電動機在工頻下恒速運行，造成效率低、能耗大、啟動沖擊大、機械磨損嚴重等。如果使用變頻控制技術，將有效解決這一系列問題。

1 磕頭機工作原理簡述

磕頭機如圖1所示，它主要由游梁-連桿-曲柄機構、減速箱、動力設備和輔助設備四部分。工作時，電動機的傳動經變速箱、曲柄連桿機構變成驢頭的上下運動，驢頭經光桿、抽油桿帶動井下深井泵的柱塞作往復運動，從而不井中的原油不斷抽出來。

磕頭機的運行過程主要分為上沖程和下沖程兩個階段。磕頭機工作時，驢頭懸點上作用的載荷是變化的，上沖程時，驢頭懸點需要提起抽油桿柱和油柱，在沒有負重匹配的情況下電動機將付出很大的能量;下沖程時，抽油機桿柱反過來帶動電動機做功，使電機處于發電機的運行狀態。而且上、下沖程的載荷的極度不均勻會嚴重影響抽油機的效率和使用壽命，因此一般在磕頭機的游梁尾部、曲柄處加了配重，這樣的好處還可以減少電動機上沖程時所需消耗的電能和減少下沖程時的發電量。

圖1 磕頭機

2 磕頭機的工藝要求

沖程頻次可調――改變電動機的運行速度使得磕頭機的運行與油井的具體工況匹配到最好程度，比如穩產井，提升電動機的速度使之高于50Hz從而可以提高產油率;對于低產井，相應的降低電動機的速度從而實現節能要求;對于衰竭井，不僅要降低電動機的速度，還可以運行一段時間停機，間隔一定時間后再重新啟動。

上、下沖程時間比可調――對于原油粘度不高、水含量高的油井，抽油機理想的工作方式應該是“慢上快下”、“慢上”有利于提高抽油泵的充滿程度，有利于提高每一沖次的排液量，“快下”有利于抽油泵固定閥的及時關閉，提高泵效，提高采油量。

能適應惡劣環境――油田作業區一般海拔高、風沙大、溫差大。要求變頻器能對過電壓、過電流、過載、過熱等進行智能監控。

檢維修方便――參數掉電保持，不用重新設參;另外變頻器故障時可切至工頻，這樣保證正常采油。

3 配置要求

3.1一般配置

系統配置如圖2所示。

圖2　系統配置圖

一個油井作業區一般會有多臺磕頭機，可以通過總線(如RS-485，CANopen等)將驅動磕頭機的變頻器作為從站掛在PLC下。變頻器的頻率指令可以通過PLC給定，也可以通過兩個電位器來給定，分別對應上沖程和下沖程。這樣就實現了磕頭機沖程頻次的可調節和上下沖程時間比的可調。磕頭機的抽油桿柱上要配置載荷傳感器，通過它將實際壓力反饋至PLC。PLC一方面可以控制變頻器的啟停和頻率指令的調節，另一方面可以將變頻器的狀態(包括運行狀態、電流等)給到HMI或油田服務器。特別要說明的是，臺達C2000有內置PLC功能，如果在PLC控制簡單的情況下，可以不用另配PLC。

3.2配置直流電抗器和交流電抗器

鑒于油田作業的環境，為了降低干擾，建議配置直流電抗器和交流電抗器。

3.3配置能源回饋單元REG2000

采油作業區的磕頭機，有的處于上沖程時，有的處于下沖程，如果能將下沖程產生的電能反饋給上沖程的磕頭機加以利用，這相對于傳統加制動單元加制動電阻的做法，可以提高電機的制動能力，也可以大大節約了能量，還可以減少制動電阻產生的這一部分熱量，一舉三得。臺達新推出的REG2000能量回饋單元非常適合這種應用場所。

圖3　REG2000能量回饋原理

4 C2000與REG2000特點

4.1 C2000特點

臺達C2000是高階磁束矢量變頻器，高效率、高性能、低維護、長壽命，它有以下主要性能特點：矢量控制且內建PLC;內建制動單元(22KW及以下功率);增強了環境耐受性與保護，保護性涂層處理;模塊化設計，易于維護與擴充;支持多種總線控制。

4.2 REG2000特點

REG2000有如下特點：小型化尺寸、配線簡單、內建電抗器;取代制動電阻，制動能力高、回生能量效率高且減少熱能產生;支持多臺并聯;兼有手動自動運行模式;支持多種通信協議。

5 結束語

臺達C2000和REG2000的特點，滿足了磕頭機的控制要求，提高了磕頭機的效率，實現了節能增產的目的。

作者簡介：

毛明川，男，生于1986年11月，畢業于南京航空航天大學，電子信息科學與技術專業。現任中達電通股份有限公司變頻器產品處應用工程師，從事變頻器產品在SI行業的應用和推廣，擁有多年行業經驗。