寶米勒油田專用四象限驅動器
bmller 2021-04-02
一、產品簡介
寶米勒油田專用四象限驅動器為本公司針對游梁式抽油機的變頻驅動研發設計的四象限驅動產品，輸入采用 IGBT 正弦波整流技術，輸出采用無速度傳感器矢量控制技術。輸入功率因數任意可調，輸入波形為正弦波，電流諧波≤5%，消除對電網的諧波污染。整機完美的電機驅動性能，可以實現電能的雙向流動， 讓變頻器真正成為“綠色產品”，達到徹底的節能增產效果。
該產品專門針對游梁式抽油機而研發設計，不僅可對抽油機進行沖次調節，且可根據角位移傳感器分別控制抽油機上、下沖程速度，滿足用戶對抽油機上、下沖程速度分別控制的需求。本產品以性能優異、低故障率、操作方便在新疆油田得到了廣泛應用，公司專業、負責的技術支持得到了用戶一致認可。
二、產品執行標準
GB 12668 調速電氣傳動系統
GB /T3797 電氣控制設備
DL/T339 低壓變頻調速裝置技術條件
GB/T4798 電工電子產品應用電子條件
GB7251.1 低壓成套開關設備和控制設備
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 電工電子產品應用環境條件儲存
GB 4798.2 電工電子產品應用環境條件運輸
GB/T14436 工業產品保證文件總則
GB/T14549 電能質量公用電網諧波
JB/T3085 電力傳動控制裝置的產品包裝與運輸規程
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，完成對直流母線電容的 預充電。避免上電時強大的沖擊電流燒壞功率模塊。
2、輸入電抗器： 電動狀態下起儲能作用，形成正弦電流波形。回饋狀態下，起濾波作用，濾掉電流波形的高頻成分。
3、功率模塊驅動：
整流側和逆變側 IGBT、隔離驅動、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）、預充電控制控制預充電交流接觸器的動作；
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參數輸入。
四、四象限變頻器的工作原理
當電機工作在電動狀態的時候，整流控制單元的 DSP 產生 6 路高頻的 PWM 脈沖控制整流測的 6 個
IGBT 的開通和關斷。IGBT 的開通和關斷與輸入電抗器共同作用產生了與輸入電壓相位一致的電流波形。
此時能量從電網經由整流回路，逆變回路，流向電機，變頻器工作在第一、第三象限。
當電動機工作在發電狀態的時候，電機產生的能量通過逆變側的二極管回饋到直流母線，當直流母
線電壓超過一定的值，整流側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，起到節能的效果。此時能量由電機通過逆變側、整流側流向電網。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，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。當下放重物時，逆變側產生勵磁電流，重力牽引電
機發電，電動機處于發電狀態。勢能轉化為電能通過整流側回饋的電網。
四象限變頻器帶電機運行狀態示意圖
五、產品結構
1、散熱
柜內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用，即使夏天室外溫度 40℃，暴曬在
陽光下，柜內溫度不超過 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，柜內所有器件（除電抗器）均在全密閉環境內，控制柜防風沙、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級低溫型產品，設備在零下-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，避免操作人員在進行斷電等操作時誤碰柜內電氣元件。
5、銘牌
控制柜銘牌采用不銹鋼材質，內容包括：名稱、規格、型號、額定電壓、額定電流、生產日期、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 規范要求，所有配電回路電源
導線截面按電力設備容量確定,導線應選擇多股軟銅芯線，具有 1000V 絕緣等級。
7、導線連接
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
柜內設有接地專用螺栓，并有明顯標識。
六、產品性能
1、操作方式
控制柜啟動、停止等操作在控制柜側面操作面板進行，運行模式切換通過旋鈕開關操作，啟動、停止操作通過按鈕操作。
同時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，用戶可根據需要進行切換，確保在變頻器出現故障時，能通過工頻模式起抽，不延誤生產。
3、IGBT 整流技術
控制柜采用當前最先進的四象限變頻技術，變頻器輸入側采用 IGBT 整流技術，使輸入電流為正弦波型，電流畸變小于 5%，變頻
產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，即可達到輸入電流畸變小于 5%。
4、驅動技術
變頻器的電機驅動技術采用無速度傳感器矢量控制技術，其特點是驅動性能良好、過載能力強，過載150%可達 60S，
適用于抽油機這類重型負載。
5、電能回饋技術 柜內變頻器采用四象限技術，可實現電能的雙向流動，即電機的再生電能可直接從整流側反饋回電網。
6、保護功能 柜內變頻器具有欠電壓、過電壓、過載、接地故障、短路、變頻器過溫，缺相等保護功能。
7、故障復位 控制柜可根據用戶需要進行自動復位和手動復位選擇，以及設置控制柜復位次數與時間間隔。控制柜面板設有
復位按鈕，當出現故障時，用戶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 協議。除 RS485 接口外，控制柜還具有模擬量輸入、輸出，開關量輸入
信號接口，為遠程控制、聯網控制系統提供完善接口。
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%，消除對電網的諧波污染，讓變頻器真正成為“綠色產品”。
3） 、可以將電動機回饋產生的能量反送到電網，達到徹底的節能效果。
2、 真正的四象限運行，可實現正轉電動，正轉發電，反轉電動，反轉發電。
3、由于良好的動態特性，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
常規變頻器網側電壓電流波形 四象限變頻器網側電壓電流波形
5、四象限矢量變頻器整流運行狀態電壓電流波形
此圖為上圖的局部放大波形
