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宝米勒油田专用四象限驱动器

发布时间:2016/01/06

                                       



一、产品简介

   宝米勒油田专用四象限驱动器为本公司针对游梁式抽油机的变频驱动研发设计的四象限驱动产品,输

 入采用 IGBT 正弦波整流技术,输出采用无速度传感器矢量控制技术。输入功率因数任意可调,输入波形

 为正弦波,电流谐波≤5%,消除对电网的谐波污染。整机完美的电机驱动性能,可以实现电能的双向流动,

 让变频器真正成为“绿色产品”,达到彻底的节能增产效果。

    该产品专门针对游梁式抽油机而研发设计,不仅可对抽油机进行冲次调节,且可根据角位移传感器分

 别控制抽油机上、下冲程速度,满足用户对抽油机上、下冲程速度分别控制的需求。本产品以性能优异、

 低故障率、操作方便在新疆油田得到了广泛应用,公司专业、负责的技术支持得到了用户一致认可。

二、产品执行标准

GB 12668 调速电气传动系统

GB /T3797 电气控制设备

DL/T339 低压变频调速装置技术条件

GB/T4798 电工电子产品应用电子条件

GB7251.1 低压成套开关设备和控制设备

GB 17625 电磁兼容

GB/T2681 电工成套装置中的导线颜色

GB/T4064 电气设备安全设计标准

GB/T4208 外壳防护等级(IP 代码)

GB/T4588.2 有金属化孔单双面印制板分规范

GB 4798.1 电工电子产品应用环境条件储存

GB 4798.2 电工电子产品应用环境条件运输

GB/T14436 工业产品保证文件总则

GB/T14549 电能质量公用电网谐波

JB/T3085 电力传动控制装置的产品包装与运输规程

三、四象限变频器的电路框图和主回路架构




四象限变频器的控制原理图

 四象限变频器的主回路架构: 预充电电路,输入电抗、功率模块,电容滤波。各部分的功能列举如下:

 1、预充电电路: 由交流接触器、功率电阻组成及相应的控制回路。主要功能是系统上电时,完成对直流母线电容的 预充电。避免上电时强大的冲击电流烧坏功率模块。

 2、输入电抗器: 电动状态下起储能作用,形成正弦电流波形。回馈状态下,起滤波作用,滤掉电流波形的高频成分。

 3、功率模块驱动:

   整流侧和逆变侧 IGBT、隔离驱动、电流检测以及各种保护监测功能。

 4、电容滤波: 主要由铝电解电容组成;功能是将经整流模块整流后的直流电压的脉动成分滤掉,形成平滑的直流 电压供给输出逆变用;

5、制部分组成:

 1)、预充电控制控制预充电交流接触器的动作;

 2)、功率接口板反馈系统控制所需的电流信号,电压信号及温度信号,并且传递 PWM 控制波形到驱动板。

 3)、DSP 控制板完成整流,逆变 PWM 控制算法,系统的大脑。

6、人机接口板显示变频器运行的各种状况以及用户参数输入。

四、四象限变频器的工作原理

  当电机工作在电动状态的时候,整流控制单元的 DSP 产生 6 路高频的 PWM 脉冲控制整流测的 6 个

 IGBT 的开通和关断。IGBT 的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的电流波形。

 此时能量从电网经由整流回路,逆变回路,流向电机,变频器工作在第一、第三象限。

     当电动机工作在发电状态的时候,电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线,当直流母

 线电压超过一定的值,整流侧能量回馈控制部分启动,将直流逆变成交流,通过控制逆变电压相位和幅值

将能量回馈到电网,起到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。变频器工作在二、四象限。输入电抗器的主要功能是电流滤波。

以提升机的应用为例,当提升重物时,四象限变频器拖动电机克服重力做工,电动机处于电动状态。当下放重物时,逆变侧产生励磁电流,重力牵引电

机发电,电动机处于发电状态。势能转化为电能通过整流侧回馈的电网。


                       四象限变频器带电机运行状态示意图


五、产品结构

 1、散热

   柜内主要功率元件通过独立散热通道散热,通过在新疆油田的应用,即使夏天室外温度 40℃,暴晒在

阳光下,柜内温度不超过 50℃,控制柜依旧正常运行。

2、防护等级

   由于采用独立散热通道,柜内所有器件(除电抗器)均在全密闭环境内,控制柜防风沙、粉尘、雨水

性能良好。防护等级达到 IP53。

         

3、保温

 控制柜内所有元器件均采用工业级低温型产品,设备在零下-30℃依然可以正常启动、运行,无需附加多余保温防护。

4、内部结构


 控制柜内上部为变频器,下部为电气回路,两部分均有防护板,避免操作人员在进行断电等操作时误碰柜内电气元件。


5、铭牌

控制柜铭牌采用不锈钢材质,内容包括:名称、规格、型号、额定电压、额定电流、生产日期、防护等级等。

6、线缆

控制用线最小截面为 1.5mm2不同电压等级的线的颜色不同,符合 CENELEC HD 308 S2 规范要求,所有配电回路电源

导线截面按电力设备容量确定,导线应选择多股软铜芯线,具有 1000V 绝缘等级。

7、导线连接

动力线连接均采用“0”型铜鼻子;信号线连接采用 U 型和针型铜鼻子。

8、接地

柜内设有接地专用螺栓,并有明显标识。

六、产品性能

1、操作方式

控制柜启动、停止等操作在控制柜侧面操作面板进行,运行模式切换通过旋钮开关操作,启动、停止操作通过按钮操作。

同时柜子侧面设有急停按钮,用于处理紧急停机。

                

2、运行模式

控制柜具有工频模式和变频模式两种,用户可根据需要进行切换,确保在变频器出现故障时,能通过工频模式起抽,不延误生产。

3、IGBT 整流技术

控制柜采用当前最先进的四象限变频技术,变频器输入侧采用 IGBT 整流技术,使输入电流为正弦波型,电流畸变小于 5%,变频

产生的谐波小于普通变频器加滤波器方式。

上图为控制柜输入电流测试数据,针对不同功率控制柜,分别在不同的额定电流下运行测试,从图

中可以看到,当输入电流大于控制柜 50%额定电流时,即可达到输入电流畸变小于 5%。

4、驱动技术

   变频器的电机驱动技术采用无速度传感器矢量控制技术,其特点是驱动性能良好、过载能力强,过载150%可达 60S,

适用于抽油机这类重型负载。

            

5、电能回馈技术 柜内变频器采用四象限技术,可实现电能的双向流动,即电机的再生电能可直接从整流侧反馈回电网。

6、保护功能 柜内变频器具有欠电压、过电压、过载、接地故障、短路、变频器过温,缺相等保护功能。

7、故障复位 控制柜可根据用户需要进行自动复位和手动复位选择,以及设置控制柜复位次数与时间间隔。控制柜面板设有

复位按钮,当出现故障时,用户按下复位按钮即可解除变频器报警。

8、远程接口

控制柜具有 RS485 通讯接口,支持 MODBUS RTU 协议。除 RS485 接口外,控制柜还具有模拟量输入、输出,开关量输入

信号接口,为远程控制、联网控制系统提供完善接口。

七、 宝米勒四象限变频器特点

1、采用 IGBT 整流,用高速、高运算能力的 DSP 产生 PWM 控制脉冲。

  1) 、提高了输入的功率因数。

 2) 、电流波形畸变率<5%,消除对电网的谐波污染,让变频器真正成为“绿色产品”。

 3) 、可以将电动机回馈产生的能量反送到电网,达到彻底的节能效果。

2、 真正的四象限运行,可实现正转电动,正转发电,反转电动,反转发电。

3、由于良好的动态特性,DC 电压保持稳定,其纹波电压可忽略不计。因而,电机轴特性平滑。

4、输入侧电流波形比较

         常规变频器网侧电压电流波形                                 四象限变频器网侧电压电流波形

5、四象限矢量变频器整流运行状态电压电流波形


                                        此图为上图的局部放大波形































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