1998年我们为新疆石油管理局钻井公司的可打3200m深度的一套钻井设备配置了变频器。所用产品为Siemens SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE71电压源型变频器柜。 动力系统由3×800kW柴油发电机组构成，3台机组并网于3相，600V/50Hz交流母线。 传动部分由3×6SE7141整流柜（3×800kW）供电给公共直流母排，4×6SE7135逆变柜（4×400kW）和2×6SE7136逆变柜（2×450kW）共6台逆变柜接到直流母排上，每台逆变柜各驱动1台400kW的电机。 1）电源采用柴油发电机供电，要求有足够的电压稳定度和频率稳定度。柴油发电机的额定容量一般小于传动装置容量的5 ~ 10倍，属于“小电网”供电，换相缺口大。SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE71变频器可保持2 ~ 3s的主回路电压等待时间，以克服柴油机瞬时掉电和换相缺口。 2）根据多电机传动情况，采用了公共直流母排方案，这样如果有1个传动装置工作于发电状态，可通过中间回路进行能量交换，仅使用1个总制动电阻。 3）在直流母排上配备自振荡二极管，以免1台逆变器上的直流侧熔断器断开或回馈能量时在母排上产生过电压而影响其它逆变器。此外，逆变器内部软件中还有Vdmax调节器以避免直流母排因过电压跳闸。 4）同单台变频器传动相比，安装尺寸较小，因为网侧元件，如熔断器、接触器、开关及网侧进线电抗器等可以集中使用1次。并在机械结构上采取了适应现场恶劣环境的措施。 5）所选逆变器功率相同并可设置4套给定数组和电机数组，在故障时可方便地互相切换，互为备用。随着绞车/转盘的切换，可实现电流限幅和整套控制数据的自动转换。 6）同一设备的2个变频器之间采用光纤快速（11Mbit/s）通讯和双速度环方案。在无编码器反馈条件下安全得到有力保证，又使驱动1台设备的2台电机的负载电流静态偏差小于1%，远远优于钻机国家标准规定的10%。 7）如钻机可接入大电网，则可考虑经电能回馈电网，但要事先确认电网的稳定性，以免逆变桥在电网波动时过流。
钻机采用绞车，转盘联合驱动，泥浆泵独立驱动的形式。钻机主机通过二档分动直角箱，将动力分成两路，一路通过链条驱动滚筒工作；另一路驱动转盘工作。泥浆泵组由交流电机通过皮带传动驱动泥浆泵工作。绞车由滚筒轴，绞车架，机械刹车，电磁涡流辅助刹车，链条箱，转盘驱动轴，二档直角分动箱，交流电动机，润滑系统等组成。钻井平台上配有司钻台，所有控制都可在司钻台完成，并设有麦克风和故障警笛。 6SE71变频柜内部配备SIEMENS全数字工程型变频器，整流部分采用晶闸管，逆变器采用了IGBT功率元件，直流母排上由电容作为储能元件。变频各项功能可随软件灵活设置，实现对同步或异步电机的控制，控制方式也包括V/f，有无测速机的磁场定向控制等。根据工艺要求，选用无速度传感器的矢量控制方案，拖动异步电机，精度可达到0.1f转差，速度响应时间20ms，转矩响应时间可达到5ms，确保准确快速的调节，同时简化系统，增加可靠性。 简单工作机理 励磁电流Iu和转矩电流Iw经过电流调节后，再完成电流—电压变换、直角坐标/极坐标变换进入触发装置。具有矢量变换的电机模型功能块主要由三相/二相变换器、矢量变化器、电机模型（电流模型和反电动势模型）几部分组成。电枢电流实际值和励磁电流实际值由检测出的三相电流经三相/二相变换后，再与触发装置模块过来的转子磁链的空间相位角q1一起通过矢量变换产生。 转子磁链yR由电流模型或反电动势模型计算得到。在频率小于fs时采用电流模型法，反之为反电动势模型法, fs在参数辨识时确定。电流模型是根据异步电机的定子电流求yR，但随着磁通饱和或电机绕组温度的变化，要对模型中的参数进行调整，才能保证运算精度，因此只在低速时采用。而反电动势模型是从电机端电压中减掉绕组的电阻压降，再将电机的反电动势积分得出yR，反电动势在电机转速为额定转速的10%以下时运算不准，一般在速度提高后使用。变频器在运行时可自动转换，这也确保了矢量控制的精度。
转速实际值由定子电压和电流检测值经电流模型和反电动势模型计算得出。 电流模型计算出的滑差频率fslip，与实际频率fact组成同步频率f，输入触发装置。 6SE71变频柜采用异步空间矢量调制。在一定的脉冲频率下，通过此种方式可使电机的谐波电流减到最小，以减轻损耗和转矩脉冲。在这种情况下IGBT通断后电机三相绕组产生的电压矢量在空间旋转，通过调节“占空比”和相邻矢量的值使电压矢量的数值和电压相角可调，这样，输出电压可达到最大值的87%。 当要求90%以上输出电压时，则采用“边缘调制”在60 时的方波波形上设置1个或几个槽口以消除电流峰值。 自检测，自设定 其它技术特点和注意事项 1）针对钻井工艺特点，可利用变频器内部功能完成负载限制和动态功率限制功能。由外部操作随意调节电流限幅和柴油机的输出功率报警值，切实保证柴油机安全。 2）编制变频器内部软件功能块实现零位锁定，确保打井过程中变频器不因小故障而停机，杜绝因此类原因引起的卡钻。 3）完成脚踏开关的快提钻杆功能，并禁止其反向工作，缩短工作周期。 4）采用变频器内部控制软件实现允许两台电机并联驱动绞车，而转盘仅允许单台电机驱动，避免转矩过大扭断钻具。 5）电流环的前馈控制保证快速动态响应。 6）利用变频器内部的自由功能块可完成泥浆泵电机的断带保护。 7）操作面板可作为手持终端，每个面板可存储8套参数。 8）控制线缆可采用总线方式，大大减小线缆数量，提高设备可靠性。 9）模块化的结构，可采用水冷方式，适应更加恶劣的环境。 10）免费的SIMOVIS调试、故障诊断软件，适合进一步通讯和自动化。