CN102185492B

CN102185492B - 潜油电泵七电平中压变频器

Info

Publication number: CN102185492B
Application number: CN 201110121166
Authority: CN
Inventors: 荣聚弟; 陈军; 李家强; 卢涛; 孙越; 王平; 周素芹
Original assignee: DONGYING HUI'AN HIGH-TECH ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; DONGYING HUIANKE INDUSTRY AND TRADE Co Ltd
Current assignee: Dongying Hui'an High-tech Electronic Technology Co., Ltd.; Dongying Huianke Industry And Trade Co., Ltd.
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: CN102185492A

Abstract

本发明涉及一种油田采油设备领域，特别涉及一种潜油电泵七电平中压变频器。其技术方案是：由输入移相变压器、电气控制柜、功率单元和CPU控制与显示组件组成，所述的输入移相变压器放在控制柜的下部；电气控制柜放置控制柜中间；功率单元放置上中下三层功率单元，每层有横向三个功率单元，每层输出方式为串联连接；CPU控制与显示组件由CPU控制板和显示盒构成，CPU控制板放置电气控制柜里面，显示盒放置电气控制柜前面板上。有益效果是：提高了电潜泵的自动化管理水平，减少了故障，延长了电泵的使用寿命，降低了作业费用。

Description

潜油电泵七电平中压变频器

技术领域：

本发明涉及一种油田采油设备领域，特别涉及一种潜油电泵七电平中压变频器。

背景技术：

随着能源供应越来越紧张，节能要求比以往摆在更突出位置。目前，变频调速技术作为节能手段，已广泛应用于各行各业。但通用变频器采用三相六脉波整流，谐波电流大，也带来日益严重的电网谐波污染。

由于潜油电泵电压范围为1000V~3000V，属中压范围。目前国内外获得中压变频电源主要有两种方式：高低高方式和中压三电平方式。高低高方式采用升压 - 降压两个变压器，结构复杂，运行效率低，输入输出高次谐波极大。中压三电平方式直流母线电压高，半导体器件承受电压高，容易坏，可靠性不高，同样存在输入输出谐波大缺点。

潜油电泵运行条件恶劣：运行电压高，电缆很长（1000米~3000米），电缆分布电容非常复杂，电缆周围温度高，绝缘低。输出谐波大的中压变频器会导致电缆谐波电压叠加，谐波电压高，谐波电流大，温升高，导致电缆容易击穿，影响机组使用寿命。

由于这两种方式各自存在巨大缺陷，越来越不适合未来使用。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种潜油电泵七电平中压变频器，该变频器低输入谐波（THD<5%）、低输出谐波（THD<5%）、操作简单，运行可靠。满足了潜油电泵恶劣运行条件的要求。

其技术方案是：由输入移相变压器、电气控制柜、功率单元和cpu控制与显示组件组成，所述的输入移相变压器放在控制柜的下部；电气控制柜放置控制柜中间；功率单元放置上中下三层功率单元，每层有横向三个功率单元，每层输出方式为串联连接；cpu控制与显示组件由cpu控制板和显示盒构成，cpu控制板放置电气控制柜里面，显示盒放置电气控制柜前面板上。

上述的输入移相变压器有九个三相绕组，同一相的三个副边绕组通过延边三角形接法移相，绕组间的相位差为20°，为功率单元提供电源，提供18脉波不可控整流输入；，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。

上述的电气控制柜设有旁通功能，当变频出现故障时，能够自动切换到工频运行。

上述的功率单元是指在输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路；单元串联脉宽调制叠波输出，每相3个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波。

上述的cpu控制板由一块光纤板，一块信号板，一块主控板组成；

所述的光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号，单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号；

所述的信号板采集变频器的输入电压、电流和输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护；

所述的主控板采用高速数字信号处理器TMS320F2812，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令，通过光纤通讯口与显示盒交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来自显示盒的参数设置，通过周期性的人工输入井液液位高度，主控板自动调节合适的运行频率，使油井产液量和抽取量平衡。

本发明的有益效果是：

1．在日益关注电网谐波污染的今天，输入谐波满足IEEE-519，不必增加非常昂贵的输入滤波器，由此成本大幅减少，效率高；

2．输出波形几近完美的正弦波，无需输出滤波器，保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害；

3．电泵具有软启动、软停机功能及智能化控制，延长电泵寿命，降低了作业费用；

4．对电泵具有调速功能，根据油井产液量大小，自动调节频率，在节能的同时保护油层不被过度开采而遭到破坏；

5．对机组有过压，过载，欠压，欠载，缺相，短路等保护功能；

该装置节能的同时提高了电潜泵的自动化管理水平，减少了故障，延长了电泵的使用寿命，降低了作业费用。

附图说明：

附图1是本发明的系统原理图；

附图2是本发明的功率单元图；

附图3是本发明的单元串联叠波原理图；

附图4是本发明的IGBT驱动电路原理图；

附图5是本发明的cpu控制板的系统图。

具体实施方式：

参照附图1，输入移相变压器原边由外部提供2000V电源，二次绕组有九个。同一相的三个二次绕组通过延边三角形接法移相，绕组间的相位差为20°。一个二次绕组给一个功率单元供电。3个功率单元串联驱动电机一相。

参照附图2，功率单元输入电源端R、S、T接移相变压器二次绕组的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。

功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1～Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q3或者Q2和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。

参照附图3，变频器输出是由多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。额定输出380VAC功率单元三个串联时产生1140V相电压，则线电压为2000V。输相出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相中压电源

参照附图4，功率单元接收控制板发来的光纤信号，对信号处理后驱动IGBT。具体驱动过程为： U1为M57962AL厚膜集成电路，A、K管脚分别为DSP信号处理模块发出的驱动信号输入端＋，驱动信号输入端－。PC1为PC421光耦，FALT管脚指示M57962AL有无故障。P1为DC/DC模块输入24VDC，输出+15VDC和-5VDC,输入输出之间隔离。工作过程为由P1提供M57962AL电源，DSP信号处理模块控制M57962AL输出管脚VOUT高低。当A管脚为高电平时，VOUT输出+15VDC，通过Rg使IGBT导通；当A管脚为低电平时，VOUT输出－5VDC，通过Rg使IGBT关断。当IGBT出现故障时，通过D1,DZ1传导到M57962AL的DP管脚上，使FALTOUT管脚输出高电平，R2使PC1导通，故障信号通过PC1的FALT管脚连接DSP信号处理模块，使DSP信号处理模块及时做出保护动作反应。

参照附图5，cpu控制板由一块光纤板，一块信号板，一块主控板组成。

光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。

信号板采集变频器的输入电压、电流和输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护。

主控板采用高速数字信号处理器TMS320F2812，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过光纤通讯口与显示盒交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来自显示盒的参数设置。通过周期性的人工输入井液液位高度，主控板自动调节合适的运行频率，使油井产液量和抽取量平衡。

而另外，显示盒为用户提供友好的操作界面，显示盒采集自信号板的模拟信号，计算出电流、电压、功率、功率因数等运行参数，并实现对电机的过载、欠载、三相电流不平衡、短路、缺相、过电压、欠电压故障的告警和保护，控制系统能够记录并存储这些故障，通过显示盒能够现场查阅故障记录，同时实时监控变频器系统的状态。

Claims

1.一种潜油电泵七电平中压变频器，其特征是：由输入移相变压器、电气控制柜、功率单元和cpu控制与显示组件组成，所述的输入移相变压器放在控制柜的下部；电气控制柜放置控制柜中间；功率单元放置上中下三层功率单元，每层有横向三个功率单元，每层输出方式为串联连接；cpu控制与显示组件由cpu控制板和显示盒构成，cpu控制板放置电气控制柜里面，显示盒放置电气控制柜前面板上；

所述的cpu控制板由一块光纤板，一块信号板，一块主控板组成；

所述的光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，光纤板周期性向单元发出脉宽调制PWM信号，单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号；

所述的信号板采集变频器的输入电压、电流和输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换；转换后的信号用于变频器控制、保护；

2.根据权利要求1所述的潜油电泵七电平中压变频器，其特征是：所述的输入移相变压器有九个三相绕组，同一相的三个副边绕组通过延边三角形接法移相，绕组间的相位差为20°，为功率单元提供电源，提供18脉波不可控整流输入。

3.根据权利要求1所述的潜油电泵七电平中压变频器，其特征是：所述的电气控制柜设有旁通功能，当变频出现故障时，能够自动切换到工频运行。

4.根据权利要求1所述的潜油电泵七电平中压变频器，其特征是：所述的功率单元是指在输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路；单元串联脉宽调制叠波输出，每相3个单元，削弱输出谐波含量，输出正弦波。