变频设备在压裂车上使用分析

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1、第一章传动系统介绍,工作机,传动装置,原动机,传动系统,一 次 原 动 机,二 次 原 动 机,机 械 传 动,电 气 传 动,流 体 传 动,复 合 传 动,各 种 负 载,直流 调速 装置,交流 调速 装置,直流 电机,交流 电机,交流电源输入,AC,DC,AC,变频器,执行机构,中间传动机构,皮带、齿轮箱等,终端机械,风机、泵等,电气传动系统示意图,发动机或电动机,液力传动装置,工作机,液力变矩器等,导轮,第二章压裂车介绍,1.压裂的定义所谓压裂就是利用水力作用，使油层形成裂缝的一种方法，又称油层水力压裂。 2.压裂车的工作原理 压裂车是用来做油层压裂工艺的，把高压大排量具有一定黏度的液

2、体（压裂液）挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。 3.压裂车的组成部分 压裂车主要由运载、动力、传动、泵体等四大件组成。压裂泵是压裂车的工作主机。现场施工对压裂车的技术性能要求很高，压裂车必须具有压力高、排量大、耐腐蚀、抗磨损性强等特点。,柱塞泵的结构和工作原理 依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。 斜盘式单作用轴向柱塞泵工作原理动

3、画如下：,图二如下所示,一次原动机,液力变速箱,标准减速箱,柱塞泵,一次原动机+发电机,变频器+变频电机,标准减速箱,柱塞泵,压裂车的两种传动方案,液力传动和电气传动在压裂车应用中的比较,西门子变频器介绍,在进行变频器选型前，首先确定要采用哪个系列的变频器。每个系列的变频器都有其特点，了解了这些特点，才能选到最合适的那台变频器。,变频器简要工作原理,整流部分,储能环节,逆变部分,M,交流,交流低压交直交通用变频器系统框图,直流,直流,交流,整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波 逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦

4、波，输出电流近似正弦,更为直观的交直交变频原理框图,Rb:制动电阻,R0:预充电电阻,R1R2:均压电阻,变频器的整流单元,不可回馈,可以回馈,二极管,晶闸管,双向晶闸管,IGBT/二极管,IGBT/二极管,功率因数补偿, 不能再生回馈的交流变频器和整流单元,AC电源,AC负载,V0,R0,AC电源,AC负载,双向整流回馈变频器,不能再生回馈的交流变频器和制动单元,AC电源,AC负载,V0,R0,AC电源,AC负载,双向整流回馈变频器,整流和逆变均为PWM控制的变频器,西门子驱动器,低压变频器,中压变频器,直流调速器,西门子低压变频器,老系列,新系列,Micro Master4 通用型,6SE

5、70 工程型,SINAMICS G 高性能 单机驱动 变频器,SINAMICS S 高性能 单/多机驱动 变频器,SINAMICS V高品质变频器,升级,升级,通用低压变频器的选型,变频器选型,系列类型的选择,容量的选择,负 载 类 型 及 特 性,最 优 的 控 制 方 法,特 殊 的 注 意 事 项,电 机 电 流 是 关 键,运 行 方 式 定 容 量,负载分类 1、 恒转矩负载、特点：负载的转矩LT不随转速n的变化而变化，是一恒定值。但负载功率随转速成比例变化。、典型系统： 位能性负载，如电梯、卷扬机、起重机、抽油机等。摩擦类负载，如传送带、搅拌机、挤压成型机、造纸机等。例如起重机吊起

6、重物时，重物受到地球引力为LF，卷绕轮的半径为r， 则负载转矩为LT = r LF。不管电动机的转速如何，因为LF不变，LT不变，故这类负载具有恒转矩特性 。,、恒功率负载 、特点：当负载的转速发生变化时，其转矩也随着变化，而负载的功率始终为一恒定值。 、典型系统：车床以相同的切削线速度和吃刀深度加工工件时，若工件的直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为一恒定值。又如卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，则卷绕速度高；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，则卷绕速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。,、平方转矩负载 、特点：负载转矩与转速的平方成正比，即TL=Kn2。而负

7、载功率与转速的三次方成正比，即P=Kn3。这类负载用变频器调速具有很好的节能效果。 、典型系统：风机、泵类等流体机械。,变频器的选型方法 1、按电动机实际工作电流选型选型时，要根据电机的实际工作电流（不是铭牌电流），来选型变频器，而不是铭牌功率。 原则上要求，在长时工作时：变频器输出电流 电机实际工作电流。一般情况下，项目是先选电机，后选变频器。即变频器的选型都是针对即有电机进行的。电机的实际工作电流与 实际工况有关。只有熟悉工况，估算出电机的工作电流随时间变化的关系，才能确定相应的变频器的型号。 （1）一般情况下，拖动恒转矩负载的电机，可以以额定电流为依据，选择变频器。比如10KW电机，20

8、A额定电流。变频器样本上10KW的变频器，21A输出电流。可以选这个变频器。 （2）一般情况下，拖动风机泵类负载的电机，也可以以额定电流为依据，选择变频器。 （3）经常短时过载运行的电机，需要计算过载周期。要求变频器最大输出电流Imax大于电机峰值电流。比如10KW电机，20A额定电流。间歇工作制，1秒内过载运行2倍（即电流为40A），之后停止运行29秒。这就需要根据变频器过载曲线来选型。可以画一下电机电流随时间变化的曲线出来，要求变频器的输出电流曲线能覆盖（超过）电机电流曲线即可。对于重载变频器的选型，往往有一些经验数据可以参考。比如同类项目。 （4）电机大，而工作负载轻时，可以根据实际情况

9、选小变频器。,2、按负载类型选择变频器电动机所带动的负载有以下几种： （1）风机和水泵：最普通的负载，对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。 （2）起重机类负载：这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放时，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。 （3）不均衡负载：有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。 （4）大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回

10、馈。应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡。配合制动单元消除回馈电能。,变频器选型注意事项 选择变频器时应注意以下几点注意事项： 1、根据负载特性选取适当控制方式的变频器。,2、选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10而温升会增加20左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。 3、变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑长电缆对地耦合电容

11、的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。 4、当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V/F控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。 5、对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。,6、使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出

12、电流值增加。因此选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。 7、变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。 8、驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。 9、使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内设有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。 10、变频器驱动绕

13、线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机，绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小。因此容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩GD2较大的场合，在设定加减速时间应多注意。,11、变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量10-20，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。 12、对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其

14、最大电流更大的额定输出电流的变频器。 13、变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大，所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。 14、当变频器控制罗茨风机或特种风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。 15、选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。 16、单相电动机不适用变频器驱动。,西门子变频器的选型,根据使用环境，选用西门子变频器的方法如下： 1 、风机、水泵类负载 这是常用的场合，使用变频器节能效果显著，特点是对速度精度要求不高，单体传

15、动，对加减速时间没有要求，属于要求相对宽松的场合。 如果追求廉价，那首推MM430。 如果比MM430的功率还要小，那么可以使用MM420. 如果比MM430的功率范围还要大，那么可以使用SINAMICS V50。 如果比V50的功率范围还要大，那么可以使用SINAMICS G150。 总体来说，是按功率范围来分，从小到大依次是： MM420MM430V50G150,2 、一般调速场合，单体传动 ： 廉价之选，可以使用MM440。支持矢量控制、转矩控制，具有非常实用的起动、制动方式，自由功能块等。甚至可以把MM440用于简单卷曲的场合。功率到200KW。其次，作为MM440的升级，SINAMICS G120也是不错的选择。G120的功能大于等于MM440。关于两者的比较，前面已经提到。G120也很便宜，功能更跟得上时代。 如果超出了MM440功率范围，可以使用MasterDrives 6SE70，这是老产品了，CUVC的速度、转矩控制精度比MM440要高一个数量级。是典型的工程型变频器，比较皮实，抗燥。 对于资金充裕的单位，还是推荐使用SINAMICS S120系列变频器。毕竟CUVC要退出历史舞台了，以后都是CU320的天下！在S120系列中的单体传动控制单元CU310也很实用。 总体来说，按功率范围来分，从小到大，从旧到新，依次是： MM440G1206SE70S120,