CN104734602A - 潜油电泵专用中压变频调速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种潜油电泵专用中压变频调速装置，三相700V～3300V交流电经由整流模块输入，先转换成直流电，整流模块输出与直流滤波模块并联，对直流电进行滤波，直流滤波模块的正、零、负三路电压输出连接至逆变模块相应位置，逆变模块输出三相交流电压连接至正弦波滤波器，经过滤波后的三相交流电压由正弦波滤波器输出连接潜油电泵机组。本发明的逆变模块是由额定电压6500V IGBT模块组成的三电平拓扑结构，可实现3300V交流电压直接变频调速，无需升压变压器，减小了设备占地面积及成本。同时本发明内部集成了正弦波滤波器，能够满足潜油泵长电缆供电的需要，降低了谐波对供电电缆及潜油电泵机组的绝缘损坏，延长其使用寿命及维修费用。

Description

潜油电泵专用中压变频调速装置
技术领域
本发明属于电力电子变流技术领域，涉及一种潜油电泵专用中压变频调速装置，适用于石油行业潜油电泵机组的专用变频调速装置。
背景技术
潜油电泵作为采油行业的重要设备已经广泛的应用于各大油田。潜油电泵机组由潜油离心泵、分离器、保护器、潜油电机、潜油电缆组成。潜油电机与普通异步电机的区别在于转子由多节相同的转子节扶正轴承和转轴等组成，因此其额定电压在1000V～2500V范围内。通常为了适应潜油电机这种电压范围，需要使用通用的低压变频器配合适当的升压变压器，才能满足应用需要。此外，由于潜油电泵机组通常工作于1000米以上的井下，因此供电电缆长度也超过1000米以上，如果采用变频驱动电机的方案，要求变频器输出谐波含量低于5%，否则将影响电缆及电机绝缘，缩短使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种潜油电泵专用中压变频调速装置，变频器逆变部分采用三电平拓扑结构，输出700～3300V可调交流电压，直接驱动潜油电机，无需升压变压器，且变频调速装置内部集成正弦波滤波器，满足长电缆供电对谐波的要求。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
依据本发明提供的一种潜油电泵专用中压变频调速装置，包括整流模块、直流滤波模块、逆变模块、正弦波滤波器，所述的三相700V～3300V交流电经由整流模块输入，先转换成直流电，整流模块输出与直流滤波模块并联，对直流电进行滤波，直流滤波模块的正、零、负三路电压输出连接至逆变模块相应位置，逆变模块输出三相交流电压连接至正弦波滤波器，经过滤波后的三相交流电压由正弦波滤波器输出连接潜油电泵机组。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：
前述的逆变模块由三组逆变桥组成，每组逆变桥由功率模块IGBT1、功率模块IGBT2和箝位二极管模块SD1组成；功率模块IGBT1与功率模块IGBT2串联，即功率模块IGBT1的发射极与功率模块IGBT2的集电极连接，连接公共点引出至端子A,端子A为逆变模块三相输出中的一相；功率模块IGBT1的集电极与正直流母线连接，功率模块IGBT2的发射极与负直流母线连接；功率模块IGBT1的中点与箝位二极管模块SD1的阳极连接，功率模块IGBT2的中点与箝位二极管模块SD1的阴极连接，箝位二极管模块SD1的中点连接到零直流母线。
前述的正弦滤波器由三相电抗器L以及膜电容C1～C9组成，其中电抗器L的输入端子R、输入端子S、输入端子T分别连接上述逆变模块的三相输出；电容C1、电容C2、电容C3串联连接、电容C4、电容C5、电容C6串联连接、电容C7、电容C8、电容C9串联连接，同时，电容C3、电容C6、电容C9的一极并联连接在一起。电容C1、电容C4、电容C7的一极分别连接至电抗器L的输出端子U、输出端子V、输出端子W，正弦滤波器中集成有烟温探测器YW。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：
由于本发明采用的逆变模块是由额定电压6500V IGBT模块组成的三电平拓扑结构，因此设备的额定输出电压可达到3300V，可实现3300V交流电压直接变频调速，无需升压变压器，减小了设备占地面积及成本。同时变频调速装置内部集成了正弦波滤波器，能够满足潜油泵长电缆供电的需要，降低了谐波对供电电缆及潜油电泵机组的绝缘损坏，延长其使用寿命及维修费用。
本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1 本发明的电路原理框图；
图2 本发明的逆变模块电路原理图；
图3 本发明的正弦波滤波器电路原理图。
其中：1、整流模块，2、直流滤波模块，3、逆变模块，4、正弦波滤波器，5、潜油电泵机组。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示的一种潜油电泵专用中压变频调速装置，包括整流模块、直流滤波模块、逆变模块、正弦波滤波器，三相700V～3300V交流电经由整流模块1输入，先转换成直流电，整流模块1输出与直流滤波模块2并联，对直流电进行滤波，直流滤波模块2的正、零、负三路电压输出连接至逆变模块3相应位置，逆变模块3输出三相交流电压连接至正弦波滤波器4，经过滤波后的三相交流电压由正弦波滤波器输出连接潜油电泵机组5。
如图2所示，所述的逆变模块3由三组逆变桥组成，每组逆变桥由功率模块IGBT1、功率模块IGBT2和箝位二极管模块SD1组成；功率模块IGBT1与功率模块IGBT2串联，即功率模块IGBT1的发射极与功率模块IGBT2的集电极连接，连接公共点引出至端子A,端子A为逆变模块三相输出中的一相；功率模块IGBT1的集电极与正直流母线连接，功率模块IGBT2的发射极与负直流母线连接；功率模块IGBT1的中点与箝位二极管模块SD1的阳极连接，功率模块IGBT2的中点与箝位二极管模块SD1的阴极连接，箝位二极管模块SD1的中点连接到零直流母线。
如图3所示，所述的正弦滤波器4由三相电抗器L以及膜电容C1～C9组成，其中电抗器L的输入端子R、输入端子S、输入端子T分别连接上述逆变模块的三相输出；电容C1、电容C2、电容C3串联连接、电容C4、电容C5、电容C6串联连接、电容C7、电容C8、电容C9串联连接，同时，电容C3、电容C6、电容C9的一极并联连接在一起。电容C1、电容C4、电容C7的一极分别连接至电抗器L的输出端子U、输出端子V、输出端子W，形成对逆变模块输出高次谐波的滤波电路。此外，正弦滤波器中还集成了烟温探测器YW，当滤波器温度过高或者出现浓烟时，可以通过连锁的控制点停止变频调速装置的输出，避免事故扩大。
工作原理：本发明输入电压为700V～3300V交流电压，经过整流模块1整流为脉动的直流电源，再经过直流滤波模块2，得到稳定的直流电源，输出到逆变模块3，通过逆变模块3内部的PWM脉宽调制，形成频率、幅值可调的交流电源，输出到正弦波滤波器4；由于对滤波器中电抗器、电容器参数进行了合理设计，对于逆变模块3输出电压波形中频率不大于50Hz的正弦波分量来说，滤波器为低阻状态，可以通过；而对于高频非正选波分量，滤波器为高阻状态，不能通过。因此经过正弦波滤波器4滤波作用，确保输出到潜油电泵负载上的电压谐波含量低于5%，对于长距离供电电缆的绝缘以及电泵机组的线包绝缘没有影响，从而提高了供电电缆及电泵机组的使用寿命。

Claims (3)

1.一种潜油电泵专用中压变频调速装置，包括整流模块、直流滤波模块、逆变模块、正弦波滤波器，其特征在于：所述的三相700V～3300V交流电经由整流模块输入，先转换成直流电，整流模块输出与直流滤波模块并联，对直流电进行滤波，直流滤波模块的正、零、负三路电压输出连接至逆变模块相应位置，逆变模块输出三相交流电压连接至正弦波滤波器，经过滤波后的三相交流电压由正弦波滤波器输出连接潜油电泵机组。
2.根据权利要求1所述的潜油电泵专用中压变频调速装置，其特征在于：所述的逆变模块由三组逆变桥组成，每组逆变桥由功率模块IGBT1、功率模块IGBT2和箝位二极管模块SD1组成；功率模块IGBT1与功率模块IGBT2串联，即功率模块IGBT1的发射极与功率模块IGBT2的集电极连接，连接公共点引出至端子A,端子A为逆变模块三相输出中的一相；功率模块IGBT1的集电极与正直流母线连接，功率模块IGBT2的发射极与负直流母线连接；功率模块IGBT1的中点与箝位二极管模块SD1的阳极连接，功率模块IGBT2的中点与箝位二极管模块SD1的阴极连接，箝位二极管模块SD1的中点连接到零直流母线。
3.根据权利要求1所述的潜油电泵专用中压变频调速装置，其特征在于：所述的正弦滤波器由三相电抗器L以及膜电容C1～C9组成，其中电抗器L的输入端子R、输入端子S、输入端子T分别连接上述逆变模块的三相输出；电容C1、电容C2、电容C3串联连接、电容C4、电容C5、电容C6串联连接、电容C7、电容C8、电容C9串联连接，同时，电容C3、电容C6、电容C9的一极并联连接在一起,电容C1、电容C4、电容C7的一极分别连接至电抗器L的输出端子U、输出端子V、输出端子W，正弦滤波器中集成有烟温探测器YW。
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