Расчет сглаживающего фильтра

Коэффициент пульсаций на входе фильтра (отношение амплитуды напряжения к среднему значению)

(2.24)

Где, m – пульсность схемы выпрямления (m = 6 для трехфазной мостовой схемы, m = 2 для однофазной мостовой схемы).

Параметр сглаживания LC -фильтра

(2.25)

Где, S = q_1вх/q_1вых – коэффициент сглаживания по первой гармонике; f_s – максимальная и минимальная частота выходного напряжения в ПЧ. Значения коэффициента сглаживания S лежат в диапазоне от 3 до 12.

Индуктивность дросселя LC -фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя K_M =0,95 определяется из следующих условий:

(Гн) (2.26)

(мГн)

По результатам расчета подбираем подходящий сглаживающий реактор серии СРОС (сглаживающий реактор однофазный сухой).

Выбираем реактор по условиям:

(2.27)

(2.28)

Выбираем 2 реактора марки СРОС-63/0,5О4 параметры реактора отображены в таблице 8.

Таблица №8

Постоянный ток, А	Номинальная индуктивность, Гн	Размер, мм
Н	В	L
	0,004

 

Ёмкость конденсатора необходимой для реализации LC фильтра

(Ф) (2.29)

(мкФ)

Определяем ёмкость С ₀₂ необходимую для возврата реактивной энергии в фильтр

(Ф) (2.30)

(мкФ)

Где, I_sm1 – амплитудное значение тока в фазе двигателя, А; φ₁ – угол сдвига между первой гармоникой фазного напряжения и фазного тока ; q ₁– коэффициент пульсаций; f_sw – частота ШИМ, Гц.

Для практической реализации фильтра используем конденсаторы с наибольшим значением емкости С ₀₁, С ₀₂, т.е. конденсаторы с емкостью 2702,7 мкФ.

Амплитуда тока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (по первой гармонике)

(А) (2.31)

(А)

Где, - наибольшая ёмкость из и , мкФ

В зависимости от величины емкости С ₀₁ и амплитуды тока I_C0m формируем батарею конденсаторов емкостью не менее 2702,7 мкФ, напряжением не менее (1,1…1,2)∙ U_d, т.е. (1,1…1,2)∙513 ≥ 615,6 В.

Составляем батарею конденсаторов:

Выбираются небольшие конденсаторы электролитические с ёмкостью 680 мкФ напряжением 500 В, составляются пары из двух последовательно включённых конденсаторов, ёмкость такой пары 340 мкФ, рабочее напряжение 1000 В. Получается параллельно включённых конденсаторов порядка 8 пар, 16 конденсатора марки Siemens Matsushita Components.Номинальный ток конденсатора свыше 300А, срок службы 15 лет.

 

 

Рис. 12

 

Расчет снаббера

Снаббер защищает цепь от пробоя напряжения, а в частности защищает силовые транзисторы.

Так как IGBT коммутируется с высокой скоростью, то напряжение U_CE быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достичь критического значения, способного вызвать пробой либо коллектора, либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBT велика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT требуется установка снаббера (демпфирующей цепи). Типичные схемы снабберов и их особенности рассмотрены в таблице 9.

Таблица №9

	Схема	Особенности
1.		1. Малое число элементов. 2. Короткий провод снаббера. 3. Большие пульсации тока через электролитический конденсатор.
2.		1. Малое число элементов. 2. Более длинный провод снаббера, чем в схеме 1. 3. Малые пульсации тока через электролитический конденсатор.
3.		1. Малое число элементов. 2. Низкие потери мощности. 3. Подходит для средней и малой емкости конденсатора.
4.		1. Большое число элементов. 2. Большие потери. 3. Перенапряжения могут быть эффективно ограничены.
5.		1. Большое число элементов. 2. Низкие потери. 3. Подходит для большой емкости конденсатора.

 

Рассматриваемая схема:

Рис. 13

 

Выбранная схема обладает рядом преимуществ:

1.Малое число элементов.

2.Низкие потери мощности.

3.Подходит для средней и малой ёмкости конденсатора.

 

Мощность в резисторе

(Вт) (2.32)

(Вт)

Где, Δ U – напряжение коллектор–эмиттер в установившемся режиме, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН ШИМ.

Выбираем ёмкость снабберной цепи из расчёта 1 мкФ на 100А коммутированного тока. А, значит берём С=2мкФ.

Выбор величины сопротивления производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT

(Ом) (2.33)

(Ом)

Где, L_Sn – индуктивность цепей снаббера, которая не должна быть более 10 нГн.

Мощность резистора определяется по формуле:

(Вт) (2.34)

Где, - задаёмся равным 60 В.

(Вт)

Выбираем высокочастотные резисторы.

По величине сопротивления и мощности реализуется резистор снаббера из 18 шт двухваттных сопротивлений типа МЛТ-0,8 Ом ± 10%, соединенных параллельно, для получения эквивалентного сопротивления 0,06 Ом мощностью 18 Вт.

Собираем резистор R_CH

 

 

Рис. 14

 

Выбор сверхвысокочастотного диода

Снабберный диод выбирается по таблице П5 [11]. Выбираем по току в 20-50 раз меньше среднего тока IGBT транзистора

(А) (2.35)

(А)

напряжение снабберного диода

Выбираем снабберный диод серии MBR8100E для функциональной электрической схемы АД электропривода с ПЧ. Электротехнические данные отображены в таблице 10.

Таблица №10

Марка	IFV, А	URPM1,B	UFM,B	tвыкл,нс
MBR8100E			1,8

 

8 А > 4,22 А;

1000 В > 513 В

Для нашей схемы нам потребуется 1 диод.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установка скважного центробежного насоса постоянно совершенствуется, увеличиваются эффективность, надежность и долговечность ее узлов, снижается стоимость установок, и проверяются принципиально новые схемы установок.

Наиболее широко до недавних пор велись работы по усовершенствованию узлов электрооборудования установок, имеющих наименьшую надежность и долговечность при нормальных условиях эксплуатации. Опыт такой эксплуатации установок показал, что до 80 % всех подземных ремонтов вызвано выходом из строя электродвигателя, его гидрозащиты и кабеля. Естественно, первоочередная задача в таких условиях – совершенствование этих узлов и станции управления, которая должна защищать их от аварийных режимов.

Например, на АО «АЛНАС» проведены работы, в результате которых было повышено сопротивление изоляции погружного электродвигателя (ПЭД) на порядок (с 200 до 2000 МОм).

Внедрено тестирование изоляции ПЭД по индексу поляризации, что существенно повышает эксплуатационную надежность электродвигателей.

Опробованы и находятся в стадии внедрения новые выводные провода, которые обладают лучшей термостойкостью, сопротивлением изоляции, меньшими токами утечки, меньшим и стабильным размером наружного диаметра. Для пропитки статоров опробован новый компаунд, в котором практически нет летучих веществ, в результате чего удалось добиться лучшего заполнения пазов. Компаунд термостоек при температуре 180 – 200 ºС, при опытной пропитке показал сопротивление изоляции 2000 МОм при температуре 126 ºС.

Разработана, изготовлена и прошла промысловые испытания опытная партия кабельных муфт, конструктивно выполненных по принципу громоотводов. Наконечники муфты залиты в изоляционном материале, что обеспечивает их герметичность и исключает продольное перемещение. Герметичность соединения с головкой ПЭД обеспечивается радиальным уплотнением.

В той же фирме на протяжении ряда лет изготавливались двигатели, оснащенные погружными датчиками системы телеметрии СКАД-2. В настоящее время в кооперации с Ижевским радиозаводом, создали и поставили на промысловые испытания двигатели типа 6ПЭД с системой телеметрии нового поколения. Новая система телеметрии позволяет контролировать и регистрировать следующие параметры:

· давление окружающей среды;

· температуру окружающей среды;

· давление во внутренней полости двигателя;

· температуру обмотки электродвигателя;

· уровень вибрации в двух плоскостях;

· токи утечки (сопротивление изоляции) системы: трансформатор – кабель – электродвигатель.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Приложение 1: «Структурная схема ЭТКС УЭЦН»

Структура схема ЭТКС.

 

 

ИЭ – источник электроэнергии;

ПЭ – преобразователь электроэнергии;

ЭТУ – электротехнологическое устройство;

ПУ – преобразовательное устройство;

РМ – рабочий механизм;

ТО – технологический объект;

УУР – устройство управления и регулирования.

 

Структурная схема ЭТКС УЭЦН.

 

 

ЭС – электрическая сеть;

КТУ – комплектное трансформаторное устройство;

КЛ – кабельная линия;

ПЭД – погружной электродвигатель;

ГЗ – гидрозащита ПЭД;

ЭЦН – электроцентробежный насос;

ПЖ – пластовая жидкость;

СУ УЭЦН с ПЧ – станция управления устройства ЭЦН с преобразова-телем частоты.

 

Приложение 2: «Алгоритм переключения IGBT ключей»

 

 

Приложение 3: «Временные диаграммы ШИМ».

 

 

Приложение 4. Функциональная электрическая схема асинхронного ЭП с ПЧ.

 

Приложение 5: «Схема электроснабжения от напряжения 6 кВ»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Скважные насосные установки для добычи нефти.-М.: «Нефть и газ», 2002.

2. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.

3. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.

5. Руденко В.С., Сеньков В.И. Основы промышленной электроники. – Киев.: Вища школа, 1985. – 400 с.

6. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона, 1998. – 400 с.

7. Храмов А.Я. Электропитающие устройства: Методические указания для студентов заочного отделения по специальности 0615. Ч.1. – Л.: ЛИКИ, 1982. – 66 с.

8. Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. Киев: Техника, 1978. – 447 с.

9. Тиристорные преобразователи напряжения Т44 для асинхронного элек-тропривода / О.А. Андрющенко, Л.П. Петров и др. – М.: Энергоатомиз-дат, 1986. – 200 с.

10. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. – М.: Солон-Р, 1999. – 506 с.

11. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупровод-никовые приборы: Справочник. 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 512 с.

12. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

13. Закс М.И., Каганский Б.А., Печенин А.А. Трансформаторы для элек-тродуговой сварки. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 135 с.