[发明专利]潜油电泵七电平中压变频器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种油田采油设备领域，特别涉及一种潜油电泵七电平中压变频器。

背景技术：

    随着能源供应越来越紧张，节能要求比以往摆在更突出位置。目前，变频调速技术作为节能手段，已广泛应用于各行各业。但通用变频器采用三相六脉波整流，谐波电流大，也带来日益严重的电网谐波污染。

由于潜油电泵电压范围为1000V~3000V，属中压范围。目前国内外获得中压变频电源主要有两种方式：高低高方式和中压三电平方式。高低高方式采用升压 - 降压两个变压器，结构复杂，运行效率低，输入输出高次谐波极大。中压三电平方式直流母线电压高，半导体器件承受电压高，容易坏，可靠性不高，同样存在输入输出谐波大缺点。

潜油电泵运行条件恶劣：运行电压高，电缆很长（1000米~3000米），电缆分布电容非常复杂，电缆周围温度高，绝缘低。输出谐波大的中压变频器会导致电缆谐波电压叠加，谐波电压高，谐波电流大，温升高，导致电缆容易击穿，影响机组使用寿命。

由于这两种方式各自存在巨大缺陷，越来越不适合未来使用。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种潜油电泵七电平中压变频器，该变频器低输入谐波（THD<5%）、低输出谐波（THD<5%）、操作简单，运行可靠。满足了潜油电泵恶劣运行条件的要求。

其技术方案是：由输入移相变压器、电气控制柜、功率单元和cpu控制与显示组件组成，所述的输入移相变压器放在控制柜的下部；电气控制柜放置控制柜中间；功率单元放置上中下三层功率单元，每层有横向三个功率单元，每层输出方式为串联连接；cpu控制与显示组件由cpu控制板和显示盒构成，cpu控制板放置电气控制柜里面，显示盒放置电气控制柜前面板上。

上述的输入移相变压器有九个三相绕组，同一相的三个副边绕组通过延边三角形接法移相，绕组间的相位差为20°，为功率单元提供电源，提供18脉波不可控整流输入；，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。

上述的电气控制柜设有旁通功能，当变频出现故障时，能够自动切换到工频运行。    

上述的功率单元是指在输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路；单元串联脉宽调制叠波输出，每相3个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波。

上述的cpu控制板由一块光纤板，一块信号板，一块主控板组成；

所述的光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号，单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号；

所述的信号板采集变频器的输入电压、电流和输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护；

所述的主控板采用高速数字信号处理器TMS320F2812，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令，通过光纤通讯口与显示盒交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来自显示盒的参数设置，通过周期性的人工输入井液液位高度，主控板自动调节合适的运行频率，使油井产液量和抽取量平衡。

本发明的有益效果是：

1．在日益关注电网谐波污染的今天，输入谐波满足IEEE-519，不必增加非常昂贵的输入滤波器，由此成本大幅减少，效率高；

2．输出波形几近完美的正弦波，无需输出滤波器，保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害；

3．电泵具有软启动、软停机功能及智能化控制，延长电泵寿命，降低了作业费用；

4．对电泵具有调速功能，根据油井产液量大小，自动调节频率，在节能的同时保护油层不被过度开采而遭到破坏；

5．对机组有过压，过载，欠压，欠载，缺相，短路等保护功能；

该装置节能的同时提高了电潜泵的自动化管理水平，减少了故障，延长了电泵的使用寿命，降低了作业费用。

附图说明：

附图1是本发明的系统原理图；

附图2是本发明的功率单元图；

附图3是本发明的单元串联叠波原理图；

附图4是本发明的IGBT驱动电路原理图；

附图5是本发明的cpu控制板的系统图。