SUT tap calculation for PMM ESP motors

Technical procedures for ESP surface installation and initial power-up. Discuss electrical testing, VFD configuration, and well ramp-up to stable production
artemon.63
User avatar
Posts: 3
Joined: Sun Feb 20, 2022 10:10 am

SUT tap calculation for PMM ESP motors

Post by artemon.63 »

How do you calc tap for PM ("valve") motors? Passport might say 2000 V at 200 Hz, yet tap voltage without cable loss still gets ×1.2 (the same 20% bump as asynchronous motors recalculated to 60 Hz). Or is it just U_ped + losses? Ignoring VSD drop here.
Original topic
Как рассчитать отпайку для вентилей? В паспорте двигателя например указано напряжение, ну например 2000В. при частоте 200Гц,Но почему то при расчете напряжения отпайки без учета потерь в кабеле мы умножаем на 1,2(добавка 20%), как на асинхронники с перерасчетом на 60Гц. Либо надо Uпед+потерю, я не учитоваю здесь потерю U в СУ.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 354
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

SUT tap calculation for PMM ESP motors

Post by ALEngineer »

The 1.2 is because the ramp curve is built above nameplate speed (see VSD manual and regs). 200 Hz because pole count is higher - 200/50 = 4. Speed at 200 Hz matches an induction motor at 50 Hz. Frequency itself does not change losses or the tap math, so the calc matches an induction ESP motor.
Original reply
1,2 из за того, что кривая строится выше номинальных оборотов (см. инструкцию СУ и регламентирующую документацию). 200 Гц, потому что количество полюсов кратно больше, т.е. 200/50=4. Скорость вращения при 200 Гц та же, что и у асинхронного при 50Гц. Частота при этом не влияет на потери и расчет отпайки, собственно поэтому расчет и не отличается от асинхронного ПЭД
artemon.63
User avatar
Posts: 3
Joined: Sun Feb 20, 2022 10:10 am

SUT tap calculation for PMM ESP motors

Post by artemon.63 »

Pole count varies by OEM. Borets and Novomet 6000 rpm units are 2-pole.
Original reply
Количество полюсов разное, зависит от производителя. У Борцов и Новомет с 6000 об. их 2 полюса.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 354
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

SUT tap calculation for PMM ESP motors

Post by ALEngineer »

You can spin to 10k if you want - why? Efficiency loss (if winding is 3+6 and not a full magnetic rotor you also have to sync it), cost, and a pile of other issues. With two pole-pairs, 100 Hz is sync 3000 rpm; a mis-set or old VSD may print 6000 - the motor does not actually spin faster from that.
Original reply
С дуру то можно и до 10к раскрутить, вопрос зачем, это потеря КПД (если обмотка по принципу 3+6 и не полно магнитный ротор, его еще и раскрутить синхронизировать нужно), так же это кратное удорожание продукции и вообще куча проблем! А если две пары полюсов, при частоте 100Гц это синхронные 3000, возможно СУ при не корректной настройке или устаревшая и напишет 6000, по факту ПЭД быстрее крутиться от этого не станет.
afangens
User avatar
Posts: 12
Joined: Fri Jul 27, 2018 1:29 pm

SUT tap calculation for PMM ESP motors

Post by afangens »

Subjective add (I may be wrong!!!)

Some thoughts on the +20% tap bump...

A pure PM motor (stepper-like magnets) is theoretically square-wave driven. Oilfield PM motors are not quite that. The station may put out PWM square-ish, but after the transformer the PM motor sees something sine-like - current rises slowly on the transformer's inductance. TRMS current on the motor drops, so people raise tap voltage to compensate - especially when holding torque at high speed.
Original reply
Немного добавлю своего субъективного мнения (могу ошибаться!!!)
Есть некоторые предположения на счет подъёма напряжения отпайки на 20%.....
Чисто вентильный двигатель (аналог шагового с магнитами) в теории управляется меандром. 
Применительно к вентильным двигателям в нефтянке, это не совсем так. 
Со станции может и выходит меандр (на основе ШИМ), но пройдя через трансформатор, на ВЭД попадает, что то похожее на "синусоиду", происходит плавное нарастание тока, за счет большого индуктивного сопротивления трансформатора. 
Следовательно TRMS тока на ВЭД снижается, и что бы его компенсировать начинают повышать напряжение отпайки.
Особенно это критично, при удержании необходимого момента на больших оборотах.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 354
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

SUT tap calculation for PMM ESP motors

Post by ALEngineer »

For a PM motor you must nail the tap - otherwise slip / loss of sync (station loses where the rotor is) or overheat and kill the ESP motor. But the 1.2 factor is not mainly for that (transformer iron does eat non-sine pulses). It is because the VSD cannot put out the same voltage it took in. 380 V in → maybe 360-370 V out after rectify/rebuild. So the ramp (U/f curve) is often sized to 60 Hz where 380 V sits at 60 Hz and 50 Hz is ~317 V - easy for the drive. Lower voltage raises LV-side current on the station. That is why VFD surface kits take 20-30% margin plus the usual 20% → ~50% total. Example: calc LV current 200 A → a 250 A VFD is short; across-the-line/soft-start 250 A can work; pick a 400 A VFD. If you must run a 250 A VFD, build the curve to 55 Hz and use 1.1 instead of 1.2 and hope. Or run ≤45 Hz with a 50 Hz curve - then tap calc matches across-the-line and no boost factor. Hope that pile of points is clear. P.S. On sync loss - still amazed nobody just fits a rotor-position sensor and sends it like downhole monitoring system (TMS), analog not digital (digital adds delay).
Original reply
Да, для вентиля критично попасть точно в отпайку, в противном случае будет проскальзывание и потеря синхронизации (СУ перестанет "понимать" где сейчас ротор), либо чрезмерный нагрев и выход из строя ПЭД. Но 1,2 коэффициент применяют не поэтому (трансформаторное железо бесспорно "съедает" множество импульсов не похожих на синусоиду), а применяют потому, что СУ не способна выдать то же самое напряжение на выходе, что и получила на входе. Если на входе 380В, то на выходе будет в лучшем случае 360В-370В, в связи с преобразованиями (выпрямление и формирование новой синусоиды).
Поэтому кривую разгона (она же вольт-частотная характеристика), рассчитывают на 60Гц, где 380В приходится на 60Гц, а 50Гц примерно на 317В, что гораздо ниже 360В. Данное напряжение СУ выдаёт без проблем. НО совместно со снижением напряжения, пропорционально возрастает и нагрузка на СУ (ток по низкой стороне). Именно поэтому, при выборе наземного оборудования с ЧР, мощность берут с запасом на 20-30 процентов, плюс нормативные 20 процентов, в сумме получается 50%. Т.е. если расчетный ток по низкой стороне например 200А, то 250А СУ ЧР не подойдёт, а СУ прямого или плавного пуска вполне себе годится. СУ ЧР следует установить 400А.
Если прям критично требуется установка 250А СУ ЧР (нет других СУ, а запускаться надо), то следует построить кривую на 55Гц и применить коэффициент 1,1 вместо 1,2 и "молиться", что она вытянет такую нагрузку. :) Так же как вариант возможно эксплуатировать на пониженной частоте (45Гц максимум), а кривую построить на 50Гц, тогда расчет отпайки происходит так же как и на СУ прямого пуска и применять повышающий коэффициент не требуется.
Вроде всё "скомкал" в одну кучу, но надеюсь понятно.
P/S По поводу потери синхронизации, постоянно удивляюсь, неужели нельзя установить датчик положения ротора и передать этот сигнал подобно сигналу ТМС, только аналогом, а не цифрой, потому как по цифре ясно, что будет задержка.