专利名称：电潜泵专用变频调速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于变频调速装置领域，涉及一种电潜泵专用变频调速装置，适用于采油电潜泵和大功率风机水泵用的采用三电平中点电位自生成自动箝位逆变技术的变频调速装置。
背景技术：
目前油田为高产、稳产使用的潜油电泵，绝大多数采用工频技术全压恒速运行方式控制，而这种技术工频全压启动时，对电网产生冲击。电机冲击电流大，冲击扭矩大，从而造成电机、电缆的加速老化和电泵叶片、轴系的损坏。同时不能根据生产情况调整电泵的输出功率，造成巨大的能源浪费，难以使电泵工作在最佳工况点上。因油井的深度，流量的大小不一致，使用的潜油电泵规格十分复杂，与之配套的变压器、启动设备规格繁多，增加了备件的储备和维修的复杂性，加大了生产成本。现在广泛采用的二电平结构逆变技术，只能实现有效值1kV及以下的逆变，二电平结构逆变技术装置输出电压谐波含量大(约10％)，电压上升率(dv/dt)高。另外，一些国外电气厂商采用的三电平结构逆变技术中点电位不能自生成自动箝位，而电路使用两组三相整流桥和一台三绕组变压器，而电路不能进行中点控制，中点电位由两个相同电压的输出绕组(开环控制)保证。
发明内容
本实用新型所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种电潜泵专用变频调速装置，采用三电平中点电位自生成自动箝位逆变技术，能高效率的实现输出频率在0-150Hz范围内的自由调节，从而满足潜油电泵在不同并况下的运行要求。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的依据本实用新型提供的一种电潜泵专用变频调速装置，包括隔离开关GK、主真空接触器ZJ1、整流器ZL、充电接触器ZJ2、电容器组C1、C2、逆变器NB及电抗器L，其特征在于主真空接触器ZJ1的一端连接到隔离开关GK的下口，另一端连接整流器ZL，充电接触器ZJ2的两组主触头的上口分别连接到整流器ZL的正负母线上，充电接触器ZJ2的两组主触头的下口分别连接到串联的电容器组C1、C2的正负母线上，充电接触器ZJ2的两组主触头分别并联电阻R1、R2，电容器组C1、C2的三个接点+、-、0分别连接到逆变器的+、-、0连接点上，逆变器的输出连接电抗器L或电机。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现前述的逆变器由三个逆变桥NB1～3组成，其中一个逆变桥NB1(以A相输出为例)由两只双管逆变IGBT模块1IGBT、2IGBT、一只双管箝位二极管模块1SD及吸收电容1C、2C组成；逆变模块1IGBT与逆变模块2IGBT进行串联，即逆变模块1IGBT的负端与逆变模块2IGBT的正端连接，并作为一个整体连接到直流母线上，即逆变模块1IGBT的正端与“+”直流母线连接，逆变模块2IGBT的负端与“-”直流母线连接；逆变模块1IGBT的中点与箝位二极管模块1SD的阳极连接，逆变模块2IGBT的中点与箝位二极管模块1SD的阴极连接，箝位二极管模块1SD的中点连接到“0”直流母线，构成一三电平的逆变桥臂；吸收电容1C连接于“+”直流母线和箝位二极管模块1SD的中点，吸收电容2C连接于“-”直流母线和箝位二极管模块1SD的中点。
本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。由于核心技术逆变器部分是由IGBT和嵌位二极管形成的三电平电压源逆变器组成，结构紧凑，占地面积小，输出谐波较低，开关损耗小。三电平结构逆变技术可实现6kV的逆变，可将高压直流直接逆变为高压交流0.6kV～2.6kV。三电平结构逆变技术装置输出电压谐波含量小(可≤5％)，对保护设备起到明显作用。电压上升率(dv/dt)小，仅为采用二电平结构逆变技术装置的一半，不会对电机和电缆的绝缘产生损害，在等效调制频率下，减少了开关次数，降低开关损耗，减少近一半的材料成本。中点电位自生成自动箝位三电平结构，使用一组三相整流桥，中点电位自生成自动箝位三电平结构电路通过闭环控制动态调整Vdc1、Vdc2，使Vdc1＝Vdc2，从而保证原理简图中0为“+”，“-”的中点，从而能高效率的实现输出频率在0-150Hz范围内的自由调节，满足潜油电泵在不同井况下的运行要求；实现机组的软启软停，有效的避免或降低了对电机、电源、泵的损害，实现了在电网电压一定的情况下，输出电压在一定范围内可调。这些特性有效地降低了运行能耗，减少了备件种类和维修费用，延长了设备的使用寿命，提高了产量。
本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本实用新型的结构原理简图；图2是本实用新型的整流-充电-滤波电路图；图3是本实用新型的逆变器电路图；图4是本实用新型的三电平逆变器输出电压波形图；图5是二电平逆变器输出电压波形图；具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参见图1，一种电潜泵专用变频调速装置，包括隔离开关GK、主真空接触器ZJ1、整流器ZL、充电接触器ZJ2、电容器组C1、C2、逆变器NB及电抗器L，隔离开关GK作为整个装置的电源隔离断开点确保使用安全；主真空接触器ZJ1的一端连接到隔离开关GK的下口，另一端连接整流器ZL，在装置工作时为整流器ZL供电；充电接触器ZJ2的两组主触头的上口分别连接到整流器ZL的正负母线上，充电接触器ZJ2的两组主触头的下口分别连接到串联的电容器组C1、C2的正负母线上，充电接触器ZJ2的两组主触头分别并联电阻R1、R2，由并联电阻R1、R2限制初始的充电电流，当电容器组C1、C2的电压与整流器ZL的电压平衡后充电接触器ZJ2闭合；电容器组C1、C2的三个接点+、-、0分别连接到逆变桥的+、-、0连接点上，为逆变桥NB1～3供电；三个逆变桥NB1～3的输出点为本装置的三相输出。如本装置至电机的电缆小于50米时，可直接连接到电机，如大于50米则通过电抗器L连接到电机。请参见图3，逆变器由三个逆变桥NB1～3组成，其中一个逆变桥NB1(以A相输出为例)由两只双管逆变IGBT模块1IGBT、2IGBT、一只双管箝位二极管模块1SD及吸收电容1C、2C组成；逆变模块1IGBT与逆变模块2IGBT进行串联，即逆变模块1IGBT的负端与逆变模块2IGBT的正端连接，并作为一个整体连接到直流母线上，即逆变模块1IGBT的正端与“+”直流母线连接，逆变模块2IGBT的负端与“-”直流母线连接；逆变模块1IGBT的中点与箝位二极管模块1SD的阳极连接，逆变模块2IGBT的中点与箝位二极管模块1SD的阴极连接，箝位二极管模块1SD的中点连接到“0”直流母线，构成一三电平的逆变桥臂；为吸收IGBT模块的过压，设置两只吸收电容1C、2C，吸收电容1C连接于“+”直流母线和箝位二极管模块1SD的中点，吸收电容2C连接于“-”直流母线和箝位二极管模块1SD的中点。
工作原理本实用新型为交-直-交电压源变频调速系统。如图2，交流电经由二极管D1～D6组成的整流器ZL，先转换成直流电，经充电电阻R1、R2及旁路接触器ZJ2向电容器组C1、C2充电，电容器组C1、C2由电解电容C01～C06、C11～C16及均压电阻R01～R06组成。电容器组对直流电进行滤波，两组直流电压检测装置由电阻R3、发光二极管DL1、霍耳元件Vup为一组，电阻R4、发光二极管DL2、霍耳元件Vdn为另一组分别组成两组直流电压检测装置分别检测上下电容器组上的电压，用于对中点电压的自动箝位。如图3，三组逆变桥分别由两只双管逆变IGBT组成，将直流电逆变为三相交流电，以A相输出为例，由1IGBT、2IGBT、箝位二极管1SD、吸收电容1C、2C等组成，B相、C相与A相相同)，在逆变过程中由箝位二极管保证每个IGBT管最多承受一半的直流电压，输出相线连接到负载(电机)，如输出电缆较长，则配置输出电抗器。
交流电潜泵调速的基本原理的转速公式为n＝f1/p(1-s)，其中f1定子频率，P相对数，S转差率。由公式可以看出，改变频率f1，相对数P和转差率S就可以改变电动机的转速，其中以改变频率的方法为最好。交流电经整流先转换成直流电，储存于容量足够大的电容器中，再逆变为所需频率的交流电经滤波后供给电动机达到控制转速目的，由于有了中间直流环节，所以输出的频率变化范围很宽，由控制系统控制其输出的频率，可以平滑地启动、停止，改变电动机转速。采用IGBT构成高压三电平逆变器，将高压直流直接逆变为高压交流0.6kV～2.6kV。该装置具有使用器件少、控制驱动简单、不需吸收回路、效率高、抗输出短路能力强、可靠性高等特点。三电平中压变频器可以做成载波控制型，使整个变频器可以在四象限运行，且可根据需要调节电网侧输入无功功率(从感性到容性)从而补偿电网的功率因数。
本实用新型是一种新的功率电路拓朴结构，可以用同样电压等级的功率半导体器件实现两倍的电压输出，是一种新的高-高方案的变频调速装置。输出电压波形接近于正弦波的阶梯波，谐波含量小(见图4三电平逆变器输出电压波形)，明显优于采用二电平结构设计输出波形(见图5二电平逆变器输出电压波形)。电压上升率(dv/dt)小不会对电机和电缆的绝缘产生损害，在等效调制频率下，减少了开关次数，降低开关损耗，提高能源利用效率，并且具有突出的节能效果，使用本装置后系统节能平均可达30％，可广泛应用于中、小功率，中、高电压等级的泵、机设备中。
权利要求1.一种电潜泵专用变频调速装置，包括隔离开关(GK)、主真空接触器(ZJ1)、整流器(ZL)、充电接触器(ZJ2)、电容器组(C1、C2)、逆变器(NB)及电抗器(L)，其特征在于主真空接触器(ZJ1)的一端连接到隔离开关(GK)的下口，另一端连接整流器(ZL)，充电接触器(ZJ2)的两组主触头的上口分别连接到整流器(ZL)的正负母线上，充电接触器(ZJ2)的两组主触头的下口分别连接到串联的电容器组(C1、C2)的正负母线上，充电接触器(ZJ2)的两组主触头分别并联电阻(R1、R2)，电容器组(C1、C2)的三个接点+、-、0分别连接到逆变器的+、-、0连接点上，逆变器的输出连接电抗器(L)或电机。
2.根据权利要求1所述的电潜泵专用变频调速装置，其特征在于所述的逆变器由三个逆变桥(NB1～3)组成，其中一个逆变桥(NB1)(以A相输出为例)由两只双管逆变IGBT模块(1IGBT、2IGBT)、一只双管箝位二极管模块(SD)及吸收电容(1C、2C)组成；逆变模块(1IGBT)与逆变模块(2IGBT)进行串联，即逆变模块(1IGBT)的负端与逆变模块(2IGBT)的正端连接，并作为一个整体连接到直流母线上，即逆变模块(1IGBT)的正端与“+”直流母线连接，逆变模块(2IGBT)的负端与“-”直流母线连接；逆变模块(1IGBT)的中点与箝位二极管模块(1SD)的阳极连接，逆变模块(2IGBT)的中点与箝位二极管模块(1SD)的阴极连接，箝位二极管模块(1SD)的中点连接到“0”直流母线，构成一三电平的逆变桥臂；吸收电容(1C)连接于“+”直流母线和箝位二极管模块(1SD)的中点，吸收电容(2C)连接于“-”直流母线和箝位二极管模块(1SD)的中点。
专利摘要本实用新型涉及一种电潜泵专用变频调速装置，包括隔离开关、主真空接触器、整流器、充电接触器、电容器组、逆变器及电抗器，主真空接触器的一端连接到隔离开关的下口，另一端连接整流器，充电接触器的两组主触头的上口分别连接到整流器的正负母线上，充电接触器的两组主触头的下口分别连接到串联的电容器组的正负母线上，充电接触器的两组主触头分别并联电阻，电容器组的三个接点分别连接到逆变器的连接点上。逆变器由三个逆变桥组成，其中逆变桥分别由两只双管逆变IGBT、箝位二极管及吸收电容组成。本实用新型采用三电平中点电位自生成自动箝位逆变技术，能实现输出频率在0－150Hz范围内的自由调节，可满足潜油电泵在不同井况下的运行要求。
文档编号H02P27/06GK2912112SQ20052012382
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者潘运军 申请人:天津华云自控股份有限公司