專利名稱：潛油電泵七電平中壓變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田采油設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種潛油電泵七電平中壓變頻器。
背景技術(shù)：
隨著能源供應(yīng)越來越緊張，節(jié)能要求比以往擺在更突出位置。目前，變頻調(diào)速技術(shù)作為節(jié)能手段，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。但通用變頻器采用三相六脈波整流，諧波電流大， 也帶來日益嚴(yán)重的電網(wǎng)諧波污染。由于潛油電泵電壓范圍為1000疒3000V，屬中壓范圍。目前國內(nèi)外獲得中壓變頻電源主要有兩種方式高低高方式和中壓三電平方式。高低高方式采用升壓-降壓兩個變壓器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行效率低，輸入輸出高次諧波極大。中壓三電平方式直流母線電壓高，半導(dǎo)體器件承受電壓高，容易壞，可靠性不高，同樣存在輸入輸出諧波大缺點。潛油電泵運行條件惡劣運行電壓高，電纜很長(1000米 3000米)，電纜分布電容非常復(fù)雜，電纜周圍溫度高，絕緣低。輸出諧波大的中壓變頻器會導(dǎo)致電纜諧波電壓疊加， 諧波電壓高，諧波電流大，溫升高，導(dǎo)致電纜容易擊穿，影響機組使用壽命。由于這兩種方式各自存在巨大缺陷，越來越不適合未來使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種潛油電泵七電平中壓變頻器，該變頻器低輸入諧波(THD<5%)、低輸出諧波(THD<5%)、操作簡單，運行可靠。滿足了潛油電泵惡劣運行條件的要求。其技術(shù)方案是由輸入移相變壓器、電氣控制柜、功率單元和cpu控制與顯示組件組成，所述的輸入移相變壓器放在控制柜的下部；電氣控制柜放置控制柜中間；功率單元放置上中下三層功率單元，每層有橫向三個功率單元，每層輸出方式為串聯(lián)連接；cpu控制與顯示組件由cpu控制板和顯示盒構(gòu)成，cpu控制板放置電氣控制柜里面，顯示盒放置電氣控制柜前面板上。上述的輸入移相變壓器有九個三相繞組，同一相的三個副邊繞組通過延邊三角形接法移相，繞組間的相位差為20°，為功率單元提供電源，提供18脈波不可控整流輸入；， 消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波(尤其是低次諧波) 的產(chǎn)生。上述的電氣控制柜設(shè)有旁通功能，當(dāng)變頻出現(xiàn)故障時，能夠自動切換到工頻運行。 上述的功率單元是指在輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二
極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路；單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波輸出，每相3個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波。上述的cpu控制板由一塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板組成；
所述的光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制 (PWM)信號，單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時向光纖板發(fā)出故障代碼
信號；所述的信號板采集變頻器的輸入電壓、電流和輸出電壓、電流信號，并將模擬信號隔離、濾波和量程轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號用于變頻器控制、保護；
所述的主控板采用高速數(shù)字信號處理器TMS320F2812，完成對電機控制的所有功能， 運用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令，通過光纖通訊口與顯示盒交換數(shù)據(jù)，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來自顯示盒的參數(shù)設(shè)置，通過周期性的人工輸入井液液位高度，主控板自動調(diào)節(jié)合適的運行頻率，使油井產(chǎn)液量和抽取量平衡。本發(fā)明的有益效果是
1.在日益關(guān)注電網(wǎng)諧波污染的今天，輸入諧波滿足IEEE-519，不必增加非常昂貴的輸入濾波器，由此成本大幅減少，效率高；
2.輸出波形幾近完美的正弦波，無需輸出濾波器，保護電機絕緣不受dv/dt應(yīng)力的損
害；
3.電泵具有軟啟動、軟停機功能及智能化控制，延長電泵壽命，降低了作業(yè)費用；
4.對電泵具有調(diào)速功能，根據(jù)油井產(chǎn)液量大小，自動調(diào)節(jié)頻率，在節(jié)能的同時保護油層不被過度開采而遭到破壞；
5.對機組有過壓，過載，欠壓，欠載，缺相，短路等保護功能；
該裝置節(jié)能的同時提高了電潛泵的自動化管理水平，減少了故障，延長了電泵的使用壽命，降低了作業(yè)費用。


附圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖； 附圖2是本發(fā)明的功率單元圖； 附圖3是本發(fā)明的單元串聯(lián)疊波原理圖； 附圖4是本發(fā)明的IGBT驅(qū)動電路原理圖； 附圖5是本發(fā)明的cpu控制板的系統(tǒng)圖。
具體實施例方式
參照附圖1，輸入移相變壓器原邊由外部提供2000V電源，二次繞組有九個。同一相的三個二次繞組通過延邊三角形接法移相，繞組間的相位差為20°。一個二次繞組給一個功率單元供電。3個功率單元串聯(lián)驅(qū)動電機一相。參照附圖2，功率單元輸入電源端R、S、T接移相變壓器二次繞組的三相低壓輸出， 三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制(PWM)方式，控制 Ql Q4IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)， 當(dāng)Ql和Q4導(dǎo)通時，Ll和L2的輸出電壓狀態(tài)為1 ；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時，Ll和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1 ；當(dāng)Ql和Q3或者Q2和Q4導(dǎo)通時，Ll和L2的輸出電壓狀態(tài)為0。參照附圖3，變頻器輸出是由多個三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波得到。額定輸出380VAC功率單元三個串聯(lián)時產(chǎn)生1140V相電壓，則線電壓為2000V。輸相出 Y接，中性點懸浮，得到驅(qū)動電機所需的可變頻三相中壓電源
參照附圖4，功率單元接收控制板發(fā)來的光纖信號，對信號處理后驅(qū)動IGBT。具體驅(qū)動過程為Ul為M57962AL厚膜集成電路，A、K管腳分別為DSP信號處理模塊發(fā)出的驅(qū)動信號輸入端+，驅(qū)動信號輸入端一。PCl為PC421光耦，F(xiàn)ALT管腳指示M57962AL有無故障。 Pl為DC/DC模塊輸入MVDC，輸出+15VDC和-5VDC，輸入輸出之間隔離。工作過程為由Pl 提供M57962AL電源，DSP信號處理模塊控制M57962AL輸出管腳VOUT高低。當(dāng)A管腳為高電平時，VOUT輸出+15VDC，通過Rg使IGBT導(dǎo)通；當(dāng)A管腳為低電平時，VOUT輸出一 5VDC， 通過Rg使IGBT關(guān)斷。當(dāng)IGBT出現(xiàn)故障時，通過Dl，DZl傳導(dǎo)到M57962AL的DP管腳上，使 FALT0UT管腳輸出高電平，R2使PCl導(dǎo)通，故障信號通過PCl的FALT管腳連接DSP信號處理模塊，使DSP信號處理模塊及時做出保護動作反應(yīng)。參照附圖5，cpu控制板由一塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板組成。光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號。光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制 (PWM)信號。單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時向光纖板發(fā)出故障代碼信號。信號板采集變頻器的輸入電壓、電流和輸出電壓、電流信號，并將模擬信號隔離、 濾波和量程轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號用于變頻器控制、保護。主控板采用高速數(shù)字信號處理器TMS320F2812，完成對電機控制的所有功能，運用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過光纖通訊口與顯示盒交換數(shù)據(jù)， 提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來自顯示盒的參數(shù)設(shè)置。通過周期性的人工輸入井液液位高度，主控板自動調(diào)節(jié)合適的運行頻率，使油井產(chǎn)液量和抽取量平衡。而另外，顯示盒為用戶提供友好的操作界面，顯示盒采集自信號板的模擬信號，計算出電流、電壓、功率、功率因數(shù)等運行參數(shù)，并實現(xiàn)對電機的過載、欠載、三相電流不平衡、 短路、缺相、過電壓、欠電壓故障的告警和保護，控制系統(tǒng)能夠記錄并存儲這些故障，通過顯示盒能夠現(xiàn)場查閱故障記錄，同時實時監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種潛油電泵七電平中壓變頻器，其特征是由輸入移相變壓器、電氣控制柜、功率單元和CPU控制與顯示組件組成，所述的輸入移相變壓器放在控制柜的下部；電氣控制柜放置控制柜中間；功率單元放置上中下三層功率單元，每層有橫向三個功率單元，每層輸出方式為串聯(lián)連接；CPU控制與顯示組件由CPU控制板和顯示盒構(gòu)成，CPU控制板放置電氣控制柜里面，顯示盒放置電氣控制柜前面板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛油電泵七電平中壓變頻器，其特征是所述的輸入移相變壓器有九個三相繞組，同一相的三個副邊繞組通過延邊三角形接法移相，繞組間的相位差為20°，為功率單元提供電源，提供18脈波不可控整流輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛油電泵七電平中壓變頻器，其特征是所述的電氣控制柜設(shè)有旁通功能，當(dāng)變頻出現(xiàn)故障時，能夠自動切換到工頻運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛油電泵七電平中壓變頻器，其特征是所述的功率單元是指在輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路；單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波輸出，每相3個單元，削弱輸出諧波含量，輸出正弦波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛油電泵七電平中壓變頻器，其特征是所述的cpu控制板由一塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板組成；所述的光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制(PWM)信號，單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時向光纖板發(fā)出故障代碼信號；所述的信號板采集變頻器的輸入電壓、電流和輸出電壓、電流信號，并將模擬信號隔離、濾波和量程轉(zhuǎn)換。
6.轉(zhuǎn)換后的信號用于變頻器控制、保護；所述的主控板采用高速數(shù)字信號處理器 TMS320F2812，完成對電機控制的所有功能，運用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令，通過光纖通訊口與顯示盒交換數(shù)據(jù)，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來自顯示盒的參數(shù)設(shè)置，通過周期性的人工輸入井液液位高度，主控板自動調(diào)節(jié)合適的運行頻率，使油井產(chǎn)液量和抽取量平衡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油田采油設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種潛油電泵七電平中壓變頻器。其技術(shù)方案是由輸入移相變壓器、電氣控制柜、功率單元和cpu控制與顯示組件組成，所述的輸入移相變壓器放在控制柜的下部；電氣控制柜放置控制柜中間；功率單元放置上中下三層功率單元，每層有橫向三個功率單元，每層輸出方式為串聯(lián)連接；cpu控制與顯示組件由cpu控制板和顯示盒構(gòu)成，cpu控制板放置電氣控制柜里面，顯示盒放置電氣控制柜前面板上。有益效果是提高了電潛泵的自動化管理水平，減少了故障，延長了電泵的使用壽命，降低了作業(yè)費用。
文檔編號H02P27/08GK102185492SQ20111012116
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者盧濤, 周素芹, 孫越, 王平, 榮聚弟, 陳軍 申請人:東營市匯安科工貿(mào)有限責(zé)任公司