专利名称：潜油电泵七电平中压变频器的制作方法
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1000疒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。
具体实施例方式
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 Ql 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Ql和Q4导通时，Ll和L2的输出电压状态为1 ；当Q2和Q3导通时，Ll和L2的输出电压状态为-1 ；当Ql和Q3或者Q2和Q4导通时，Ll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Ul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+，驱动信号输入端一。PCl为PC421光耦，FALT管脚指示M57962AL有无故障。 Pl为DC/DC模块输入MVDC，输出+15VDC和-5VDC，输入输出之间隔离。工作过程为由Pl 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输出一 5VDC， 通过Rg使IGBT关断。当IGBT出现故障时，通过Dl，DZl传导到M57962AL的DP管脚上，使 FALT0UT管脚输出高电平，R2使PCl导通，故障信号通过PCl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。
权利要求
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。
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。
5.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。
6.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。
全文摘要
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。
文档编号H02P27/08GK102185492SQ20111012116
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者卢涛, 周素芹, 孙越, 王平, 荣聚弟, 陈军 申请人:东营市汇安科工贸有限责任公司