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摘 要：注水泵是满足油田注水，保证地层压力的源设备。注水耗电占生产用电的百分比呈逐年上升趋势。开发油田注水系统节能技术和装备一直是节能工作的重点之一。安装高压变频调速装置后，依据注水管网需要的压力进行参数设定，自动调节注水量，既可节约大量电能又能降低机泵的损耗，对降本增效有十分积极的意义。
关键词：变频调速技术 注水泵 节能改造
1 变频调速的基本控制方式
根据异步电动机转速表达式：
由上式可知，当转差率变化不大时，电动机转速基本上与电源频率成正比。因此，连续地改变供电电源频率，就可以平滑地调节异步电动机的运行速度。
在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量为定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
三相异步电动机定子每相电动势的有效值：
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Фm的目的，对此，需要考虑基频以下和基频以上两种情况。
（1）基频以下调速
（2）基频以上调速
2 频调速的基本原理（以GD3000E变频器为例）
2.1 电路结构
上图为变频器电路结构图，由三个部分组成。输入整流电桥：一个全波三相二极管电桥，将三相交流输入转变成直流输出到DC直连；DC直连：将输入整流桥和输出逆变器相连接，它包括一个减少谐波用的电抗器和电容器，DC直连的正负端可连外部动力制动单元；输出逆变器电桥：在正常的工作时提供了一个可变电压和范围在0～200HZ可变频率的三相电。IGBT作为自关断器件提供了必要的高速功率开关。最大输出电压等于变频器端子的输入线电压。
2.2 主电路
上图用可分成三部分，左侧为整流部分，中间为DC直连，右侧为逆变部分。整流部分由六只不可控二极管整流，整流电路输出波形较好的直流电压；DC直连由电抗器L和电容器C组成；逆变部分由Tr1-Tr6六支大功率晶体管组成逆变电路，使通过控制各管的开关频率来达到输出频率可调的交流电压，其中D1-D6为续流二极管，以保护晶体管。
整个电路使三相工频输入电压经整流滤波后变为直流电，再经过逆变部分将其变为电压、频率可调的三相交流电输给电机。整流电路采用二极管，输入电流和输入电压相比没有相位滞后，可获得接近1的功率因数，电路结构较简单。采用晶体管IGBT逆变，换流能力强，开关速度快，工作频率高，使电路稳定性好。
2.3 控制电路
GD3000E变频器采用PWM（pulse width modulate）脉冲调制方式控制变频电路。
① PWM原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本上相同。冲量即指窄脉冲的面积。
把图（a）所示的正弦波波形分为N个彼此相连、宽度相等的脉冲，根据冲量相等效果相同的原理，上述正弦半波可以用同样数量的等幅不等宽的矩形脉冲，使矩形脉冲的中点和相应的正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积相等，就得到图（b）所示序列。
在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效的输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。
②PWM控制方法
采用调制的方法，正弦波做调制波，三角波做载波，正弦波和载波的交点时刻控制电路中功率开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。
3 变频调速运行的优点
3.1 节约能量
中心二号平台上所使用的外输泵为离心泵，离心泵变频调速原理可通过扬程H、流量Q的关系曲线来说明。如图：
由离心泵外输轴功率关系式P=WQH/102（其中W为油介重度），得到当排量为Qt时，离心泵在节流和调速时的轴功率分别为：
3.2 减少劳动强度
使用软起时，外输泵是在工频下运行，原油外输流量是不断波动变化的，控制排量需要人工频繁地手动调节外输泵出口阀门开度。使用变频时，只须调节变频器的输出频率，便可达到调节排量的目的，从而克服了人工调节带来的大罐液位和排量控制的困难，大大降低了工人的劳动强度。
3.3 保护设备，提高系统稳定性
外输电机功率为315KW，如果采用直接启动，启动电流可达3000A以上，将造成不可想象的后果。采用变频器驱动外输泵，可控制启动电流在额定电流的1.5倍以下，抑制了启动电流，降低了对电网的冲击，保证平台其他负载正常运行。
4 结束语
变频调速系统具有诸多优点，节约了能量，克服了人工调节器带来的液位控制困难，降低了工人劳动强度，抑制了启动电流，减小了对电网的冲击，实现了无级平滑调速，减轻了机泵磨损程度，提高了系统稳定性等。
关键词：变频调速技术 注水泵 节能改造
1 变频调速的基本控制方式
根据异步电动机转速表达式：
由上式可知，当转差率变化不大时，电动机转速基本上与电源频率成正比。因此，连续地改变供电电源频率，就可以平滑地调节异步电动机的运行速度。
在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量为定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
三相异步电动机定子每相电动势的有效值：
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Фm的目的，对此，需要考虑基频以下和基频以上两种情况。
（1）基频以下调速
（2）基频以上调速
2 频调速的基本原理（以GD3000E变频器为例）
2.1 电路结构
上图为变频器电路结构图，由三个部分组成。输入整流电桥：一个全波三相二极管电桥，将三相交流输入转变成直流输出到DC直连；DC直连：将输入整流桥和输出逆变器相连接，它包括一个减少谐波用的电抗器和电容器，DC直连的正负端可连外部动力制动单元；输出逆变器电桥：在正常的工作时提供了一个可变电压和范围在0～200HZ可变频率的三相电。IGBT作为自关断器件提供了必要的高速功率开关。最大输出电压等于变频器端子的输入线电压。
2.2 主电路
上图用可分成三部分，左侧为整流部分，中间为DC直连，右侧为逆变部分。整流部分由六只不可控二极管整流，整流电路输出波形较好的直流电压；DC直连由电抗器L和电容器C组成；逆变部分由Tr1-Tr6六支大功率晶体管组成逆变电路，使通过控制各管的开关频率来达到输出频率可调的交流电压，其中D1-D6为续流二极管，以保护晶体管。
整个电路使三相工频输入电压经整流滤波后变为直流电，再经过逆变部分将其变为电压、频率可调的三相交流电输给电机。整流电路采用二极管，输入电流和输入电压相比没有相位滞后，可获得接近1的功率因数，电路结构较简单。采用晶体管IGBT逆变，换流能力强，开关速度快，工作频率高，使电路稳定性好。
2.3 控制电路
GD3000E变频器采用PWM（pulse width modulate）脉冲调制方式控制变频电路。
① PWM原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本上相同。冲量即指窄脉冲的面积。
把图（a）所示的正弦波波形分为N个彼此相连、宽度相等的脉冲，根据冲量相等效果相同的原理，上述正弦半波可以用同样数量的等幅不等宽的矩形脉冲，使矩形脉冲的中点和相应的正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积相等，就得到图（b）所示序列。
在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效的输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。
②PWM控制方法
采用调制的方法，正弦波做调制波，三角波做载波，正弦波和载波的交点时刻控制电路中功率开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲。
3 变频调速运行的优点
3.1 节约能量
中心二号平台上所使用的外输泵为离心泵，离心泵变频调速原理可通过扬程H、流量Q的关系曲线来说明。如图：
由离心泵外输轴功率关系式P=WQH/102（其中W为油介重度），得到当排量为Qt时，离心泵在节流和调速时的轴功率分别为：
3.2 减少劳动强度
使用软起时，外输泵是在工频下运行，原油外输流量是不断波动变化的，控制排量需要人工频繁地手动调节外输泵出口阀门开度。使用变频时，只须调节变频器的输出频率，便可达到调节排量的目的，从而克服了人工调节带来的大罐液位和排量控制的困难，大大降低了工人的劳动强度。
3.3 保护设备，提高系统稳定性
外输电机功率为315KW，如果采用直接启动，启动电流可达3000A以上，将造成不可想象的后果。采用变频器驱动外输泵，可控制启动电流在额定电流的1.5倍以下，抑制了启动电流，降低了对电网的冲击，保证平台其他负载正常运行。
4 结束语
变频调速系统具有诸多优点，节约了能量，克服了人工调节器带来的液位控制困难，降低了工人劳动强度，抑制了启动电流，减小了对电网的冲击，实现了无级平滑调速，减轻了机泵磨损程度，提高了系统稳定性等。