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。整機完美的電機驅(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而研發(fā)設(shè)計，不僅可對抽油機進行沖次調(diào)節(jié)，且可根據(jù)角位移傳感器分別控制抽油機上、下沖程速度，滿足用戶對抽油機上、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(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。回饋狀態(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、人機接口板顯示變頻器運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，變頻器工作在第一、第三象限。
當(dāng)電動機工作在發(fā)電狀態(tài)的時候，電機產(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。
以提升機的應(yīng)用為例，當(dāng)提升重物時，四象限變頻器拖動電機克服重力做工，電動機處于電動狀態(tài)。當(dāng)下放重物時，逆變側(cè)產(chǎn)生勵磁電流，重力牽引電
機發(fā)電，電動機處于發(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運行狀態(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℃，控制柜依舊正常運行。
2、防護等級
由于采用獨立散熱通道，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、運行，無需附加多余保溫防護。
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，兩部分均有防護板，避免操作人員在進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)面操作面板進行，運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。
2、運行模式
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)
變頻器的電機驅(qū)動技術(shù)采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)，其特點是驅(qū)動性能良好、過載能力強，過載150%可達(dá) 60S，
適用于抽油機這類重型負(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，即電機的再生電能可直接從整流側(cè)反饋回電網(wǎng)。
6、保護功能 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，缺相等保護功能。
7、故障復(fù)位 控制柜可根據(jù)用戶需要進行自動復(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。控制柜面板設(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
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(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行狀態(tài)電壓電流波形
此圖為上圖的局部放大波形
