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解決方案

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廣州市寶米勒電氣技術(shù)有限公司

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寶米勒油田專(zhuān)用四象限驅動(dòng)器

bmller 2021-04-02

、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

   寶米勒油田專(zhuān)用四象限驅動(dòng)器為本公司針對游梁式抽油機的變頻驅動(dòng)研發(fā)設計的四象限驅動(dòng)產(chǎn)品,輸入采用 IGBT 正弦波整流技術(shù),輸出采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)。輸入功率因數任意可調,輸入波形為正弦波,電流諧波≤5%,消除對電網(wǎng)的諧波污染。整機完美的電機驅動(dòng)性能,可以實(shí)現電能的雙向流動(dòng), 讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”,達到徹底的節能增產(chǎn)效果。

    該產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)針對游梁式抽油機而研發(fā)設計,不僅可對抽油機進(jìn)行沖次調節,且可根據角位移傳感器分別控制抽油機上、下沖程速度,滿(mǎn)足用戶(hù)對抽油機上、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用,公司專(zhuān)業(yè)、負責的技術(shù)支持得到了用戶(hù)一致認可。

二、產(chǎn)品執行標準

GB 12668 調速電氣傳動(dòng)系統

GB /T3797 電氣控制設備

DL/T339 低壓變頻調速裝置技術(shù)條件

GB/T4798 電工電子產(chǎn)品應用電子條件

GB7251.1 低壓成套開(kāi)關(guān)設備和控制設備

GB 17625 電磁兼容

GB/T2681 電工成套裝置中的導線(xiàn)顏色

GB/T4064 電氣設備安全設計標準

GB/T4208 外殼防護等級(IP 代碼)

GB/T4588.2 有金屬化孔單雙面印制板分規范

GB 4798.1 電工電子產(chǎn)品應用環(huán)境條件儲存

GB 4798.2 電工電子產(chǎn)品應用環(huán)境條件運輸

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(dòng)控制裝置的產(chǎn)品包裝與運輸規程

三、四象限變頻器的電路框圖和主回路架構




四象限變頻器的控制原理圖

 四象限變頻器的主回路架構: 預充電電路,輸入電抗、功率模塊,電容濾波。各部分的功能列舉如下:

 1、預充電電路: 由交流接觸器、功率電阻組成及相應的控制回路。主要功能是系統上電時(shí),完成對直流母線(xiàn)電容的 預充電。避免上電時(shí)強大的沖擊電流燒壞功率模塊。

 2、輸入電抗器: 電動(dòng)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、功率模塊驅動(dòng):

   整流側和逆變側 IGBT、隔離驅動(dòng)、電流檢測以及各種保護監測功能。

 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(dòng)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)、預充電控制控制預充電交流接觸器的動(dòng)作;

 2)、功率接口板反饋系統控制所需的電流信號,電壓信號及溫度信號,并且傳遞 PWM 控制波形到驅動(dòng)板。

 3)、DSP 控制板完成整流,逆變 PWM 控制算法,系統的大腦。

6、人機接口板顯示變頻器運行的各種狀況以及用戶(hù)參數輸入。

四、四象限變頻器的工作原理

  當電機工作在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)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(gè)

 IGBT 的開(kāi)通和關(guān)斷。IGBT 的開(kāi)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(shí)能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路,逆變回路,流向電機,變頻器工作在第一、第三象限。

     當電動(dòng)機工作在發(fā)電狀態(tài)的時(shí)候,電機產(chǎn)生的能量通過(guò)逆變側的二極管回饋到直流母線(xiàn),當直流母

 線(xiàn)電壓超過(guò)一定的值,整流側能量回饋控制部分啟動(dòng),將直流逆變成交流,通過(guò)控制逆變電壓相位和幅值

將能量回饋到電網(wǎng),起到節能的效果。此時(shí)能量由電機通過(guò)逆變側、整流側流向電網(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。

以提升機的應用為例,當提升重物時(shí),四象限變頻器拖動(dòng)電機克服重力做工,電動(dòng)機處于電動(dòng)狀態(tài)。當下放重物時(shí),逆變側產(chǎn)生勵磁電流,重力牽引電

機發(fā)電,電動(dòng)機處于發(fā)電狀態(tài)。勢能轉化電能通過(guò)整流側回饋的電網(wǎng)。


                       四象限變頻器帶電機運行狀態(tài)示意圖


五、產(chǎn)品結構

 1、散熱

   柜內主要功率元件通過(guò)獨立散熱通道散熱,通過(guò)在新疆油田的應用,即使夏天室外溫度 40℃,暴曬在

陽(yáng)光下,柜內溫度不超過(guò) 50℃,控制柜依舊正常運行。

2、防護等級

   由于采用獨立散熱通道,柜內所有器件(除電抗器)均在全密閉環(huán)境內,控制柜防風(fēng)沙、粉塵、雨水

性能良好。防護等級達到 IP53。

         

3、保溫

 控制柜內所有元器件均采用工業(yè)級低溫型產(chǎn)品,設備在零下-30℃依然可以正常啟動(dòng)、運行,無(wú)需附加多余保溫防護。

4、內部結構


 控制柜內上部為變頻器,下部為電氣回路,兩部分均有防護板,避免操作人員在進(jìn)行斷電等操作時(shí)誤碰柜內電氣元件。


5、銘牌

控制柜銘牌采用不銹鋼材質(zhì),內容包括:名稱(chēng)、規格、型號、額定電壓、額定電流、生產(chǎn)日期、防護等級等。

6、線(xiàn)纜

控制用線(xiàn)最小截面為 1.5mm2。不同電壓等級的線(xiàn)的顏色不同,符合 CENELEC HD 308 S2 規范要求,所有配電回路電源

導線(xiàn)截面按電力設備容量確定,導線(xiàn)應選擇多股軟銅芯線(xiàn),具有 1000V 絕緣等級。

7、導線(xiàn)連接

動(dòng)力線(xiàn)連接均采用“0”型銅鼻子;信號線(xiàn)連接采用 U 型和針型銅鼻子。

8、接地

柜內設有接地專(zhuān)用螺栓,并有明顯標識。

六、產(chǎn)品性能

1、操作方式

控制柜啟動(dòng)、停止等操作在控制柜側面操作面板進(jìn)行,運行模式切換通過(guò)旋鈕開(kāi)關(guān)操作,啟動(dòng)、停止操作通過(guò)按鈕操作。

同時(shí)柜子側面設有急停按鈕,用于處理緊急停機。

                

2、運行模式

控制柜具有工頻模式和變頻模式兩種,用戶(hù)可根據需要進(jìn)行切換,確保在變頻器出現故障時(shí),能通過(guò)工頻模式起抽,不延誤生產(chǎn)。

3、IGBT 整流技術(shù)

控制柜采用當前最先進(jìn)的四象限變頻技術(shù),變頻器輸入側采用 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據,針對不同功率控制柜,分別在不同的額定電流下運行測試,從圖

中可以看到,當輸入電流大于控制柜 50%額定電流時(shí),即可達到輸入電流畸變小于 5%。

4、驅動(dòng)技術(shù)

   變頻器的電機驅動(dòng)技術(shù)采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù),其特點(diǎn)是驅動(dòng)性能良好、過(guò)載能力強,過(guò)載150%可達 60S,

適用于抽油機這類(lèi)重型負載。

            

5、電能回饋技術(shù) 柜內變頻器采用四象限技術(shù),可實(shí)現電能的雙向流動(dòng),即電機的再生電能可直接從整流側反饋回電網(wǎng)。

6、保護功能 柜內變頻器具有欠電壓、過(guò)電壓、過(guò)載、接地故障、短路、變頻器過(guò)溫,缺相等保護功能。

7、故障復位 控制柜可根據用戶(hù)需要進(jìn)行自動(dòng)復位和手動(dòng)復位選擇,以及設置控制柜復位次數與時(shí)間間隔??刂乒?/span>面板設有

復位按鈕,當出現故障時(shí),用戶(hù)按下復位按鈕即可解除變頻器報警。

8、遠程接口

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(kāi)關(guān)量輸入

信號接口,為遠程控制、聯(lián)網(wǎng)控制系統提供完善接口。

七、 寶米勒四象限變頻器特點(diǎn)

1、采用 IGBT 整流,用高速、高運算能力的 DSP 產(chǎn)生 PWM 控制脈沖。

  1) 、提高了輸入的功率因數。

 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(dòng)機回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng),達到徹底的節能效果。

2、 真正的四象限運行,可實(shí)現正轉電動(dòng),正轉發(fā)電,反轉電動(dòng),反轉發(fā)電。

3、由于良好的動(dòng)態(tài)特性,DC 電壓保持穩定,其紋波電壓可忽略不計。因而,電機軸特性平滑。

4、輸入側電流波形比較

         常規變頻器網(wǎng)側電壓電流波形                                 四象限變頻器網(wǎng)側電壓電流波形

5、四象限矢量變頻器整流運行狀態(tài)電壓電流波形


                                        此圖為上圖的局部放大波形


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