1140伏潜油电泵专用变频器

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1、1140伏潜油电泵专用变频器山东风光电子有限公司韩文昭李瑞来何洪臣一、引言用现代高新技术改造现有的油田采油设备是大势所趋。用现代自控技术和变频调速技术来为油田潜油电泵（以下简称潜泵）提供理想电源是这种技术改造过程中的一个重要组成部分。潜泵按放在地平面以下1000~3000米处，不但工作环境极度恶劣（高温、强腐蚀等），而传统的供电方式—全压、工频更使它故障频繁，运行成本大增。潜泵损坏提到地面上来修理，光工程费就有五万元，价值10万元的电缆平均提上放下5次就得更换，潜泵平均10个月就得维修一次，维修费用约8万元。传统供电方式有何危害呢？*潜泵全速运转，当井下液量不富余时，容易抽空，甚至造成死井

2、，一旦死井，则损失惨重。*全压、工频工作启动电流大，冲击扭矩大，不但浪费了电，还对电机寿命有很大影响。*油田供电电压常有波动，使电机欠激励或过激励，电机被烧时有发生。*几千米的井下电缆带来了150伏左右的线路损耗，由于这部分损耗无法补偿，从而影响了电机的正常出力。由上可看出，潜泵的传统供电方式必须改造，理想的供电设备应具备哪些特性呢？减肥动力网www.jianfeidongli.com1、软启动2、调速方便，即变频运行。启动时间和运行速度能根据工况任意设置。3、不受供电电压波动的影响，并能补偿电缆的线路损耗。4．电缆上传输的必须是正弦波，否则经电缆反射，电压脉冲叠加，容易烧毁电机。5、各种

3、保护功能齐全。6、控制方便、操作简单、显示清楚。显而易见，满足这些要求非变频器莫属，但市场上容易买到的为风机、水泵服务的那些变频器不适合，因为电压等级不符、输出波形不是正弦、电缆的损耗电压无法补偿。我公司受油田委托成功地研制出了1140伏、55KW潜泵专用变频器。二、专用变频器的研制潜泵虽有不同的电压等级，但在线运行的多为1140伏、见过用380伏级变频器配合特制升压变压器的报导、本文认为这种高一低一高方案有先天不足，让升压变压器工作低频下是很困难的，现在的IGBT器件的耐压应付1140V绰绰有余，本文采用1140伏变频器直接给潜泵电缆供电的方案。该变频器的技术指标为：三相输入：1140V

4、、50HZ三相输出：额定电压为1140V，容量55KW频率范围2Hz～50Hz连续可调减肥动力网www.jianfeidongli.com电缆上的100～150V的损耗能够补偿。输出波形：正弦控制功能、保护功能同于普通变频器。本文仅对该变频系统的技术特点简述如下，与380V级通用变频器相同部分不再赘述。1、主电路与功率器件的选择在PWM电压型380V级变频器中，一般采用两电平电路。若用两电平电路实现1140V的输出势必要用昂贵的高压管或采用低压管串联结构，由于器件串联动态均压问题不易解决，应尽量避免。本设计的整机方块图见图一、图一.整机主回路其中主电路部分采用三电平电路或称中心点部位(Ne

5、turalPointClamped—Npc)方式,它不但能输出较高电压，而且能降低输出谐波和电压变化率（d减肥动力网www.jianfeidongli.comv/dt），良好的波形正是本设计的目标之一。图中的功率开关器件选用西门子的双单元IGBT模块（1700V、100A），整流后由两组大电容器相串联组成滤波器，两组电容器的连接点即本电路的中心点（三电平的中间电平）。2、载波频率的选择提高载波频率对改善波形、降低噪声大有好处，可是载波频率提高，会使开关损耗增加，所以选择时必须权衡利弊，本设备中载波频率选为8.4KHZ，选择这个值时考虑到了输出端LC低通滤波器电感铁芯的重量因素。3、对输入电

6、压的稳定输入电压经整流、滤波后得直流母线电压，以Uo表示，在此装有一个电压传感器，其输出电压Ut正比于母线电压Uo，将Ut值送单片机处理，令Uo的额定值对应的Ut值为1，电网电压向上波动时，Ut>1，电网电压向下波动时Ut<1，CPU在计算PWM波的脉宽时要乘上因子1/Ut。这样就达到了稳定输入电压的目的。设备在油田的实际运行中，当电网侧电压波动+10%时，电机侧测不到电压的波动，说明Ut补偿效果明显。4、输出端正弦波的获取电压型变频器输出的是三相S减肥动力网www.jianfeidongli.comPWM波，即宽度按正弦规律分布的矩形脉冲波。这种波直接送给电动机，由于电机是感性负载，所以

7、能获得近似的正弦驱动电流。在本设备中存在有几千米的电缆线，若把PWM波直接加在电缆输入端，由于长线效应电机侧会受到数倍于额定值的尖峰电压的冲击，电机很可能被烧坏。因此三相低通LC滤波器是必要的，滤波器电路如图二.所示,在本设计中其截止频率约为载波频率的1/3。图二.输出低通滤波器5、电缆损耗的补偿潜泵对V/F曲线并无特殊要求，频率降到30HZ以下已经不出油了，为了实现软启动，本设备把启动频率设在2HZ，50HZ对应114