潜油电泵的变频改造

中国石油大学(华东)电力电子大作业

《电力电子技术 大作业》

作业题目：三电平变频器及在

潜油电泵中的应用

中国石油大学（华东）

日期：2014年12月14

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中国石油大学(华东)电力电子大作业

摘 要

针对潜油电泵存在稳定性差、使用寿命短、能耗高等问题,提出把变频技术应用到潜油电泵井上。根据井下不同工况,对电泵控制系统的性能进行优化,实现机组在最佳工作点工作,得到延长机泵使用寿命,提高运行效率,节能降耗的效果。

关键词：变频器；PWM；三电平；调速

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目 录

第1章 引言................................................................................................................................... 1

1.1课题设计的背景和意义 ..................................................................................................... 1

1.2交流调速技术的分类 ........................................................................................................ 2

1.2.1变转差率调速 ........................................................................................................ 3

1.2.2变极调速 ................................................................................................................ 3

1.2.3变频调速 ................................................................................................................ 4

1.3课题的提出及主要研究内容 ............................................................................................ 5

第2章 交流调速的脉宽调制（PWM）控制技术 ........................................................................... 5

2.1正弦波PWM调制原理 ........................................................................................................ 6

2.2 SPWM信号的产生 .............................................................................................................. 8

第3章PWM变频调速系统的硬件设计 ........................................................................................... 9

3.1 系统介绍 ........................................................................................................................... 9

3.2整流滤波电路 .................................................................................................................... 9

3.3逆变电路 .......................................................................................................................... 10

第4章 电气接线及仿真波形 ....................................................................................................... 13

4.1潜油电泵变频改造双主回路系统图 .............................................................................. 13

4.2潜油电泵驱动电动机的测量及保护等电路 .................................................................. 14

4.3潜油电泵驱动电动机的控制系统 .................................................................................. 14

4.4电动机电流波形 .............................................................................................................. 15

第5章 结论 ................................................................................................................................... 16

参考文献......................................................................................................................................... 18

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第1章 引言

1.1课题设计的背景和意义

用现代高新技术改造原有的油田设备是大势所趋，用现代自控技术和变频调速技术为油田电泵（简称潜泵）提供理想电源是这种技术改造过程中的重要组成部分。

潜泵安放在地平面以下1000-3000m处，工作环境非常恶劣（高温、强腐蚀等），而传统的工频全压供电方式更易使潜泵故障频繁，运行成本大大增加。潜泵损坏提到地面上来维修，工程费需5万元，价值10万元的电缆平均提上放下5次更换，潜泵平均10个月维修一次，维修费约8万元，造成采油厂生产成本偏高。传统供电方式对潜泵的正常运行存在以下危害和不足：

（1）潜泵全速运转，当井下液量不富余时，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，则损失惨重。

（2）全压、工频工作启动电流大，冲击扭矩大，对电动机寿命有很大影响。

（3）油田供电电压常有波动，使电动机欠激励或过激励，电动机被烧时有发生。

（4）几千米的井下电缆带来了150V作业的线路损耗，由于这部分损耗无法补偿，从而影响了电动机的正常工作。

由以上可看出，潜泵如采用高频改造则可实现最为理想的运行。潜泵1140V变频器一般应具有以下特性：

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（1）软启动。

（2）调速方便（即变频运行），启动时间和运行速度能根据工况进行设置。

（3）不受供电电压波动的影响，并能补偿电缆的线路损耗。

（4）电缆上传输的必须是正弦波，否则经过电缆反射，电压脉冲叠加，容易烧毁电动机。

（5）各种保护功能齐全。

（6）控制方便，操作简单，显示清楚。

潜油电泵虽然也属于平方转矩的负载类型，但在市场上容易买到的为风机、水泵服务的那些变频器不适合，除了电压等级不符合外，电缆的损耗电压也难以补偿。有用380V级变频器配合特制升压变压器的情况，但这种“中——低——中”的方案先天不足，加装变压器则增大系统损耗，特别是在变频器低频运行时，变压器的铁损尤其突出：另外让升压变压器工作于低频下也是很困难的。现在的IGBT器件充分满足耐压1140V的要求，直接采用1140V变频器直接给潜油电泵

【1】 电缆供电最为理想。

1.2交流调速技术的分类

异步电动机的转速可表示为:

n?n1(1?S)?60f1(1?S) （1-1） PN

式中:n1——同步转速,r/min

f1——定子电源频率,Hz

PN-一极对数

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