1140伏潛油電泵專用變頻器

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1、1140伏潛油電泵專用變頻器山東風(fēng)光電子有限公司韓文昭李瑞來何洪臣一、引言用現(xiàn)代高新技術(shù)改造現(xiàn)有的油田采油設(shè)備是大勢所趨。用現(xiàn)代自控技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)來為油田潛油電泵（以下簡稱潛泵）提供理想電源是這種技術(shù)改造過程中的一個(gè)重要組成部分。潛泵按放在地平面以下1000~3000米處，不但工作環(huán)境極度惡劣（高溫、強(qiáng)腐蝕等），而傳統(tǒng)的供電方式—全壓、工頻更使它故障頻繁，運(yùn)行成本大增。潛泵損壞提到地面上來修理，光工程費(fèi)就有五萬元，價(jià)值10萬元的電纜平均提上放下5次就得更換，潛泵平均10個(gè)月就得維修一次，維修費(fèi)用約8萬元。傳統(tǒng)供電方式有何危害呢？*潛泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)井下液量不富余時(shí)，容易抽空，甚至造成死井

2、，一旦死井，則損失慘重。*全壓、工頻工作啟動電流大，沖擊扭矩大，不但浪費(fèi)了電，還對電機(jī)壽命有很大影響。*油田供電電壓常有波動，使電機(jī)欠激勵(lì)或過激勵(lì)，電機(jī)被燒時(shí)有發(fā)生。*幾千米的井下電纜帶來了150伏左右的線路損耗，由于這部分損耗無法補(bǔ)償，從而影響了電機(jī)的正常出力。由上可看出，潛泵的傳統(tǒng)供電方式必須改造，理想的供電設(shè)備應(yīng)具備哪些特性呢？減肥動力網(wǎng)www.jianfeidongli.com1、軟啟動2、調(diào)速方便，即變頻運(yùn)行。啟動時(shí)間和運(yùn)行速度能根據(jù)工況任意設(shè)置。3、不受供電電壓波動的影響，并能補(bǔ)償電纜的線路損耗。4．電纜上傳輸?shù)谋仨毷钦也?，否則經(jīng)電纜反射，電壓脈沖疊加，容易燒毀電機(jī)。5、各種

3、保護(hù)功能齊全。6、控制方便、操作簡單、顯示清楚。顯而易見，滿足這些要求非變頻器莫屬，但市場上容易買到的為風(fēng)機(jī)、水泵服務(wù)的那些變頻器不適合，因?yàn)殡妷旱燃壊环?、輸出波形不是正弦、電纜的損耗電壓無法補(bǔ)償。我公司受油田委托成功地研制出了1140伏、55KW潛泵專用變頻器。二、專用變頻器的研制潛泵雖有不同的電壓等級，但在線運(yùn)行的多為1140伏、見過用380伏級變頻器配合特制升壓變壓器的報(bào)導(dǎo)、本文認(rèn)為這種高一低一高方案有先天不足，讓升壓變壓器工作低頻下是很困難的，現(xiàn)在的IGBT器件的耐壓應(yīng)付1140V綽綽有余，本文采用1140伏變頻器直接給潛泵電纜供電的方案。該變頻器的技術(shù)指標(biāo)為：三相輸入：1140V

4、、50HZ三相輸出：額定電壓為1140V，容量55KW頻率范圍2Hz～50Hz連續(xù)可調(diào)減肥動力網(wǎng)www.jianfeidongli.com電纜上的100～150V的損耗能夠補(bǔ)償。輸出波形：正弦控制功能、保護(hù)功能同于普通變頻器。本文僅對該變頻系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)簡述如下，與380V級通用變頻器相同部分不再贅述。1、主電路與功率器件的選擇在PWM電壓型380V級變頻器中，一般采用兩電平電路。若用兩電平電路實(shí)現(xiàn)1140V的輸出勢必要用昂貴的高壓管或采用低壓管串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于器件串聯(lián)動態(tài)均壓問題不易解決，應(yīng)盡量避免。本設(shè)計(jì)的整機(jī)方塊圖見圖一、圖一.整機(jī)主回路其中主電路部分采用三電平電路或稱中心點(diǎn)部位(Ne

5、turalPointClamped—Npc)方式,它不但能輸出較高電壓，而且能降低輸出諧波和電壓變化率（d減肥動力網(wǎng)www.jianfeidongli.comv/dt），良好的波形正是本設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。圖中的功率開關(guān)器件選用西門子的雙單元IGBT模塊（1700V、100A），整流后由兩組大電容器相串聯(lián)組成濾波器，兩組電容器的連接點(diǎn)即本電路的中心點(diǎn)（三電平的中間電平）。2、載波頻率的選擇提高載波頻率對改善波形、降低噪聲大有好處，可是載波頻率提高，會使開關(guān)損耗增加，所以選擇時(shí)必須權(quán)衡利弊，本設(shè)備中載波頻率選為8.4KHZ，選擇這個(gè)值時(shí)考慮到了輸出端LC低通濾波器電感鐵芯的重量因素。3、對輸入電

6、壓的穩(wěn)定輸入電壓經(jīng)整流、濾波后得直流母線電壓，以Uo表示，在此裝有一個(gè)電壓傳感器，其輸出電壓Ut正比于母線電壓Uo，將Ut值送單片機(jī)處理，令Uo的額定值對應(yīng)的Ut值為1，電網(wǎng)電壓向上波動時(shí)，Ut>1，電網(wǎng)電壓向下波動時(shí)Ut<1，CPU在計(jì)算PWM波的脈寬時(shí)要乘上因子1/Ut。這樣就達(dá)到了穩(wěn)定輸入電壓的目的。設(shè)備在油田的實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電壓波動+10%時(shí)，電機(jī)側(cè)測不到電壓的波動，說明Ut補(bǔ)償效果明顯。4、輸出端正弦波的獲取電壓型變頻器輸出的是三相S減肥動力網(wǎng)www.jianfeidongli.comPWM波，即寬度按正弦規(guī)律分布的矩形脈沖波。這種波直接送給電動機(jī)，由于電機(jī)是感性負(fù)載，所以

7、能獲得近似的正弦驅(qū)動電流。在本設(shè)備中存在有幾千米的電纜線，若把PWM波直接加在電纜輸入端，由于長線效應(yīng)電機(jī)側(cè)會受到數(shù)倍于額定值的尖峰電壓的沖擊，電機(jī)很可能被燒壞。因此三相低通LC濾波器是必要的，濾波器電路如圖二.所示,在本設(shè)計(jì)中其截止頻率約為載波頻率的1/3。圖二.輸出低通濾波器5、電纜損耗的補(bǔ)償潛泵對V/F曲線并無特殊要求，頻率降到30HZ以下已經(jīng)不出油了，為了實(shí)現(xiàn)軟啟動，本設(shè)備把啟動頻率設(shè)在2HZ，50HZ對應(yīng)114