摘要：交流变频电机的适用范围较广，在石油钻井等工程建设领域均具有良好的应用效果。文章以交流变频电机的工作特点作为切入点，阐述其具体类型，探讨该设备在石油钻井领域的实际运用情况，并结合控制系统的工作特点，由此提出几点应对策略，以期充分发挥出交流变频电机的应用优势，为石油钻井建设工作助力。

关键词：石油钻井;交流变频;电动机

交流变频调速技术迄今已经取得飞跃式的发展，其在石油钻采设备领域的应用水平日益提高，以电驱动钻机颇具代表性，是业内较主流的钻机形式。相比于直流钻机等传统设备，交流变频电机充分融入先进的交流变频调速技术，可有效优化机械结构，在作业安全性、效率性等方面均有所改善，能够给石油钻井生产工作提供可靠的硬件支持。

1.交流变频电动机的基本特点

交流变频电机内置电驱动钻机，其特点在于可有效摆脱钻井泵冲次对其产生的限制性作用，切实提高设备的运行能力;绝缘材料具有抗变频器谐波的能力，有助于维持电动机的稳定运行。轻便化特性显著，有利于施工转运、保养等工作的顺利开展，从而在短时间内保质保量完成相关工作。

2.交流变频电动机类型

2.1转盘独立电驱动钻机

转盘采取的是单独驱动模式，换言之，通过转盘独立电驱动钻机，运行更加稳定。以多台柴油机为主要动力源，配置液力耦合器，以便高效输出动力。驱动绞车和钻井泵得以协同运行的必要前提在于经过链条并车，交流变频电机可在链条的控制作用下使转盘减速运转，而在绞车和辅助驱动装置的联合作业机制下，可实现自动送钻功能。此运行机制的显著特征在于增强转盘转速的灵活性，钻井泵冲次对其产生的制约性作用极为微弱。此外，交流变频电机钻机的综合性能得以有效彰显，采购成本相对较低，能够兼顾生产质量和经济效益的双重需求。

2.2机电复合驱动钻机

钻井泵普遍以机械驱动的方式为主，而绞车则实行的是交流变频电机驱动的方式。基于机电复合驱动钻机的模式，可有效带动设备的运行;同时成本投入较少，相比于全交流变频电动钻机的成本而言，仅占到该值的60%～70%，在保证各项功能得以快速实现的同时还可提高经济效益水平。

2.3全交流变频电动钻机

转盘传送的实现通常采取的是电机直接驱动或电机与减速箱联合驱动的方式，对于绞车钻井泵和转盘而言，则统一执行的是交流变频电机驱动机制。绞车运行过程中，采取的是一级齿轮减速箱方案，同时辅以驱动装置。单轴绞车结构在交流变频电机领域取得广泛的应用，它是基于传统传动装置而衍生出的全新形式，以齿轮减速箱为主要设备，可直接驱动交流变频电机。为保证辅助刹车功能的可靠性和高效性，实行的是能耗制动机制。

交流变频电机的调速技术体系中，较为典型的有矢量控制和直接转矩控制两种方式。矢量控制可以调节功率因数，故能进行相关无功补偿。使用电压识别板当做电网角度变慢器，其和角编码器工作原理相似。电源向电压识别板和钻机驱动变频器供电。钻机驱动变频器因为有百分百的电网回馈能力，因此，可不用电压耦合器，并且发电过程中并不会产生损耗功率，与制动电阻系统较为类似。可

实现电动状态至发电状态的无级过渡，并且带有脉冲频率响应，实现对中间回路电压的准确调节，确保提供传动逆变器的电源质量，而且不受电网电压影响。另外，运用带有电网净化卷席筒的钻机驱动变频器，可最大限度的减少电网扰动。

3.交流变频电机控制系统

3.1发电系统

在发电机的控制电柜的硬件组成中，并网控制电路为重点内容，该装置可对多台电机执行并网合闸操作。若交流变频电动机运行数量达到2台或更多，则能够均匀分配负荷，以保证负荷始终维持稳定，减少电机运行期间产生的冲击作用，给整机装置的稳定运行提供保障。此外，发电机的控制装置还具有多类丰富的功能，例如限制功率、短路保护等，在合理运行各功能后，能够给交流变频发电机的运行创设良好条件。

在使用标准电机时，电机和变频器的选用应考虑具体使用场合有针对性的选用，同时需考虑温度级和额定功率。变频器的最小负载电流值与所处的负载工作点，在转矩满载下的电机电流值。

3.2控制网络

3.2.1司钻控制室

石油钻井生产过程中，司钻控制室为不可或缺的建设内容，其与交流变频电钻机配套设置，两者相辅相成。随司钻控制系统的持续发展，现阶段已经形成多种细分类型，如数字控制、模拟控制，各自均有其独特的应用优势。对于控制系统的运行，可实现绞车无级调速、自动送钻等多种效果。此外，司钻控制室可面向设备展开动态化的监控，在此运营条件下可有效保证交流变频电钻机的运行稳定性。

3.2.2 PLC控制系统

数据采集单元的硬件组成包含变送器、编码器等，通过该单元可有效处理设备运行信息，将生成的结果通过显示屏、触摸屏等界面精准呈现，以便工程人员掌握钻压、井深等方面的具体信息，对施工效果作出客观的判断，若存在异常状况则及时调整。

3.3交流传统系统

3.3.1驱动控制系统

驱动控制系统集多个变频柜于一体，可实现对既有电压的转换，得到可连续调控的交流电压，再进一步驱动钻井泵等配套装置。系统硬件组成中，钻盘和绞车均配置有反转功能，可实现对扭矩的调解处理，同时其操作范围无明显的限制，可根据需求在0%～100%区间内灵活转动。Siemens 变频器被有效应用于石油钻机中，工程实践表明，该装置的应用效果良好，具有安全稳定、效率高等多重特点，具有可观的推广价值，可将其作为石油钻井生产领域的关键设备。

3.3.2自动送钻

送钻变频柜的主要功能在于对50HZ恒压、400V执行转变处理，成为交流电压变流程0～400V，以便根据工程建设需求合理调控。自动送钻环节，若采取的是恒压的方式，则能够在恒压状态下自动送钻。若在恒定速度的条件下执行送钻电机操作，可充分应用系统的正反转动功能，钻具和放井架的应用优势随之显现，可在速度恒定不变的条件下高效送钻。

3.3.3控制单元

制动单元与制动电阻（设置于变频房外）可协同运行，其具备的主要功能有：若需要對绞车执行制动操作，电动机将随即转变为发电状态，并产生与旋转方向相反的制动力矩，此过程中期间能量形式发生转变，由机械能高效转为电能，再借助逆变器传导，进入直流母线处。以合理的方式执行能耗制动后，整机设备的工作条件良好，可有效规避故障。

4. 结语

随石油钻井行业的持续发展，交流变频电动机的综合性能持续提升，并与之配套完善的控制系统，软硬件协同配合之下，能够给石油钻井作业的顺利开展创设良好条件。纵观行业发展趋势，其正朝着智能化的方向前行，可以预见的是未来电气控制将具有大功率、高效率等更为鲜明的特征。作为工程技术人员，需以钻井工作特点为立足点，围绕变流变频电动机及控制系统展开深入分析，在既有基础上实现突破，推动技术的持续发展。

参考文献：

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[3]赵晓莉，师远征，赵五洲，董云叶.永磁无刷直流电动机在石油钻机中的应用探讨[J].电气传动自动化，2013（06）：27-29.

作者简介：段永奎（1968-07-），男，汉族，河南唐河县，中级工程专业工程师，大专，研究方向：电动钻机电路运行与维护。