寶米勒油田專用四象限驅(qū)動器
bmller 2021-04-02
一、產(chǎn)品簡介
寶米勒油田專用四象限驅(qū)動器為本公司針對游梁式抽油機(jī)的變頻驅(qū)動研發(fā)設(shè)計的四象限驅(qū)動產(chǎn)品,輸入采用 IGBT 正弦波整流技術(shù),輸出采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)。輸入功率因數(shù)任意可調(diào),輸入波形為正弦波,電流諧波≤5%,消除對電網(wǎng)的諧波污染。整機(jī)完美的電機(jī)驅(qū)動性能,可以實現(xiàn)電能的雙向流動, 讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”,達(dá)到徹底的節(jié)能增產(chǎn)效果。
該產(chǎn)品專門針對游梁式抽油機(jī)而研發(fā)設(shè)計,不僅可對抽油機(jī)進(jìn)行沖次調(diào)節(jié),且可根據(jù)角位移傳感器分別控制抽油機(jī)上、下沖程速度,滿足用戶對抽油機(jī)上、下沖程速度分別控制的需求。本產(chǎn)品以性能優(yōu)異、低故障率、操作方便在新疆油田得到了廣泛應(yīng)用,公司專業(yè)、負(fù)責(zé)的技術(shù)支持得到了用戶一致認(rèn)可。
二、產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
GB 12668 調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)
GB /T3797 電氣控制設(shè)備
DL/T339 低壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)條件
GB/T4798 電工電子產(chǎn)品應(yīng)用電子條件
GB7251.1 低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備
GB 17625 電磁兼容
GB/T2681 電工成套裝置中的導(dǎo)線顏色
GB/T4064 電氣設(shè)備安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
GB/T4208 外殼防護(hù)等級(IP 代碼)
GB/T4588.2 有金屬化孔單雙面印制板分規(guī)范
GB 4798.1 電工電子產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件儲存
GB 4798.2 電工電子產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件運(yùn)輸
GB/T14436 工業(yè)產(chǎn)品保證文件總則
GB/T14549 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波
JB/T3085 電力傳動控制裝置的產(chǎn)品包裝與運(yùn)輸規(guī)程
三、四象限變頻器的電路框圖和主回路架構(gòu)
四象限變頻器的控制原理圖
四象限變頻器的主回路架構(gòu): 預(yù)充電電路,輸入電抗、功率模塊,電容濾波。各部分的功能列舉如下:
1、預(yù)充電電路: 由交流接觸器、功率電阻組成及相應(yīng)的控制回路。主要功能是系統(tǒng)上電時,完成對直流母線電容的 預(yù)充電。避免上電時強(qiáng)大的沖擊電流燒壞功率模塊。
2、輸入電抗器: 電動狀態(tài)下起儲能作用,形成正弦電流波形?;仞仩顟B(tài)下,起濾波作用,濾掉電流波形的高頻成分。
3、功率模塊驅(qū)動:
整流側(cè)和逆變側(cè) IGBT、隔離驅(qū)動、電流檢測以及各種保護(hù)監(jiān)測功能。
4、電容濾波: 主要由鋁電解電容組成;功能是將經(jīng)整流模塊整流后的直流電壓的脈動成分濾掉,形成平滑的直流 電壓供給輸出逆變用;
5、制部分組成:
1)、預(yù)充電控制控制預(yù)充電交流接觸器的動作;
2)、功率接口板反饋系統(tǒng)控制所需的電流信號,電壓信號及溫度信號,并且傳遞 PWM 控制波形到驅(qū)動板。
3)、DSP 控制板完成整流,逆變 PWM 控制算法,系統(tǒng)的大腦。
6、人機(jī)接口板顯示變頻器運(yùn)行的各種狀況以及用戶參數(shù)輸入。
四、四象限變頻器的工作原理
當(dāng)電機(jī)工作在電動狀態(tài)的時候,整流控制單元的 DSP 產(chǎn)生 6 路高頻的 PWM 脈沖控制整流測的 6 個
IGBT 的開通和關(guān)斷。IGBT 的開通和關(guān)斷與輸入電抗器共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的電流波形。
此時能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路,逆變回路,流向電機(jī),變頻器工作在第一、第三象限。
當(dāng)電動機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)的時候,電機(jī)產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)的二極管回饋到直流母線,當(dāng)直流母
線電壓超過一定的值,整流側(cè)能量回饋控制部分啟動,將直流逆變成交流,通過控制逆變電壓相位和幅值
將能量回饋到電網(wǎng),起到節(jié)能的效果。此時能量由電機(jī)通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。變頻器工作在二、四象限。輸入電抗器的主要功能是電流濾波。
以提升機(jī)的應(yīng)用為例,當(dāng)提升重物時,四象限變頻器拖動電機(jī)克服重力做工,電動機(jī)處于電動狀態(tài)。當(dāng)下放重物時,逆變側(cè)產(chǎn)生勵磁電流,重力牽引電
機(jī)發(fā)電,電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。勢能轉(zhuǎn)化為電能通過整流側(cè)回饋的電網(wǎng)。
四象限變頻器帶電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖
五、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
1、散熱
柜內(nèi)主要功率元件通過獨(dú)立散熱通道散熱,通過在新疆油田的應(yīng)用,即使夏天室外溫度 40℃,暴曬在
陽光下,柜內(nèi)溫度不超過 50℃,控制柜依舊正常運(yùn)行。
2、防護(hù)等級
由于采用獨(dú)立散熱通道,柜內(nèi)所有器件(除電抗器)均在全密閉環(huán)境內(nèi),控制柜防風(fēng)沙、粉塵、雨水
性能良好。防護(hù)等級達(dá)到 IP53。
3、保溫
控制柜內(nèi)所有元器件均采用工業(yè)級低溫型產(chǎn)品,設(shè)備在零下-30℃依然可以正常啟動、運(yùn)行,無需附加多余保溫防護(hù)。
4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
控制柜內(nèi)上部為變頻器,下部為電氣回路,兩部分均有防護(hù)板,避免操作人員在進(jìn)行斷電等操作時誤碰柜內(nèi)電氣元件。
5、銘牌
控制柜銘牌采用不銹鋼材質(zhì),內(nèi)容包括:名稱、規(guī)格、型號、額定電壓、額定電流、生產(chǎn)日期、防護(hù)等級等。
6、線纜
控制用線最小截面為 1.5mm2。不同電壓等級的線的顏色不同,符合 CENELEC HD 308 S2 規(guī)范要求,所有配電回路電源
導(dǎo)線截面按電力設(shè)備容量確定,導(dǎo)線應(yīng)選擇多股軟銅芯線,具有 1000V 絕緣等級。
7、導(dǎo)線連接
動力線連接均采用“0”型銅鼻子;信號線連接采用 U 型和針型銅鼻子。
8、接地
柜內(nèi)設(shè)有接地專用螺栓,并有明顯標(biāo)識。
六、產(chǎn)品性能
1、操作方式
控制柜啟動、停止等操作在控制柜側(cè)面操作面板進(jìn)行,運(yùn)行模式切換通過旋鈕開關(guān)操作,啟動、停止操作通過按鈕操作。
同時柜子側(cè)面設(shè)有急停按鈕,用于處理緊急停機(jī)。
2、運(yùn)行模式
控制柜具有工頻模式和變頻模式兩種,用戶可根據(jù)需要進(jìn)行切換,確保在變頻器出現(xiàn)故障時,能通過工頻模式起抽,不延誤生產(chǎn)。
3、IGBT 整流技術(shù)
控制柜采用當(dāng)前最先進(jìn)的四象限變頻技術(shù),變頻器輸入側(cè)采用 IGBT 整流技術(shù),使輸入電流為正弦波型,電流畸變小于 5%,變頻
產(chǎn)生的諧波小于普通變頻器加濾波器方式。
上圖為控制柜輸入電流測試數(shù)據(jù),針對不同功率控制柜,分別在不同的額定電流下運(yùn)行測試,從圖
中可以看到,當(dāng)輸入電流大于控制柜 50%額定電流時,即可達(dá)到輸入電流畸變小于 5%。
4、驅(qū)動技術(shù)
變頻器的電機(jī)驅(qū)動技術(shù)采用無速度傳感器矢量控制技術(shù),其特點(diǎn)是驅(qū)動性能良好、過載能力強(qiáng),過載150%可達(dá) 60S,
適用于抽油機(jī)這類重型負(fù)載。
5、電能回饋技術(shù) 柜內(nèi)變頻器采用四象限技術(shù),可實現(xiàn)電能的雙向流動,即電機(jī)的再生電能可直接從整流側(cè)反饋回電網(wǎng)。
6、保護(hù)功能 柜內(nèi)變頻器具有欠電壓、過電壓、過載、接地故障、短路、變頻器過溫,缺相等保護(hù)功能。
7、故障復(fù)位 控制柜可根據(jù)用戶需要進(jìn)行自動復(fù)位和手動復(fù)位選擇,以及設(shè)置控制柜復(fù)位次數(shù)與時間間隔??刂乒?/span>面板設(shè)有
復(fù)位按鈕,當(dāng)出現(xiàn)故障時,用戶按下復(fù)位按鈕即可解除變頻器報警。
8、遠(yuǎn)程接口
控制柜具有 RS485 通訊接口,支持 MODBUS RTU 協(xié)議。除 RS485 接口外,控制柜還具有模擬量輸入、輸出,開關(guān)量輸入
信號接口,為遠(yuǎn)程控制、聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)提供完善接口。
七、 寶米勒四象限變頻器特點(diǎn)
1、采用 IGBT 整流,用高速、高運(yùn)算能力的 DSP 產(chǎn)生 PWM 控制脈沖。
1) 、提高了輸入的功率因數(shù)。
2) 、電流波形畸變率<5%,消除對電網(wǎng)的諧波污染,讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”。
3) 、可以將電動機(jī)回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng),達(dá)到徹底的節(jié)能效果。
2、 真正的四象限運(yùn)行,可實現(xiàn)正轉(zhuǎn)電動,正轉(zhuǎn)發(fā)電,反轉(zhuǎn)電動,反轉(zhuǎn)發(fā)電。
3、由于良好的動態(tài)特性,DC 電壓保持穩(wěn)定,其紋波電壓可忽略不計。因而,電機(jī)軸特性平滑。
4、輸入側(cè)電流波形比較
常規(guī)變頻器網(wǎng)側(cè)電壓電流波形 四象限變頻器網(wǎng)側(cè)電壓電流波形
5、四象限矢量變頻器整流運(yùn)行狀態(tài)電壓電流波形
此圖為上圖的局部放大波形