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1、四象限变频器及应用案例四象限变频器及应用案例合康变频合康变频2013-01-21目录变频器的主电路介绍1.变频器的主电路介绍2.合康四象限变频器介绍3.应用案例1.变频器主电路介绍1.1 两象限变频器主电路介绍1 2 四象限变频器主电路介绍1.2 四象限变频器主电路介绍1.1 两电平变频器主电路介绍1.1 两电平变频器主电路介绍整流电路整流电路逆变电路逆变电路滤波电路滤波电路制动电路制动电路PKS整流电路整流电路逆变电路逆变电路滤波电路滤波电路制动电路制动电路VD1VD3 VD5C1V1V3V5D1D3D5RSRBC2V4V6V2D1D3D5VD4 VD6 VD2VBV4V6V2D4D6D2R
2、C1、2IBNB电主电路构两电平变频器主电路结构图1.2 四象限变频器主电路图象限变频器路图四象限变频器主电路图2 合康四象限变频器介绍2.合康四象限变频器介绍2.1 产品型号说明2.2 四象限变频器优势2.3 应用行业2 合康四象限变频器介绍2.合康四象限变频器介绍2.合康四象限变频器介绍2 1 产品型号说明2.1 产品型号说明2 1 产品型号说明2.1.产品型号说明2 2 四象限变频器优势2.2 四象限变频器优势1.变频器采用先进的 PWM可控 整流技术，优化的SVPWM控制算法，功率因数接近1，减少输电线路线损，可省去大量的变压器“增容”开支。2实现能量双向流动对于位势负载能将再生能量通
3、过2.实现能量双向流动，对于位势负载，能将再生能量通过整流器自动回馈至电网，网侧电流谐波小。3.普通变频器大都采用二极管整流桥将交流电转换成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电频率皆可调整然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯、提升机、离心机系统、馈应用中，梯提升离系抽油机等，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元，将电动机回馈的能量消耗掉。另外，二极管整流桥
4、会对电网产生严重谐波污染。电网产生严重谐波污染。2 2 四象限变频器优势2.2 四象限变频器优势4.IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，若果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生SVPWM控制脉冲。一方面可以调整输入的功率因数消除对电网的谐波污染让变频器真正成为“绿色输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为绿色产品”。另一方面可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到节能的效果。5.四象限变频器满足各种工业应用需求，特别适用在起重提升设备等大惯量位能负载，设备的转动惯量GD较大，属反复短时连续工作制，从高速到低速的减速降幅较大，制动时间又较短，又要强力制动效果
5、高到低减降幅较，制动时间较，要强力制动效果的场合或者需要长时重载电气制动的场合。为了提高节电效果，减少制动过程的能量损耗，将减速能量回收反馈到电网，达到节能、环保的功效的功效.2 2 四象限变频器优势2.2 四象限变频器优势四象限矢量变频器与现在市场上主流的（整流+回馈单元）的方案主要优缺点比较如下：2 3 应用行业2.3 应用行业应域应用领域：1.岸边集装箱起重机，龙门起重机，装船机，卸船机等港口机械口机械；2.大吨位桥吊，门吊等起重机械；3.大功率矿井提升机等矿山机械；4 离心铸造机大型冲床等金属加工领域4.离心铸造机，大型冲床等金属加工领域；5.油田抽油机等大型往复机械。3.应用案例一
6、3.1、应用背景 3.2、海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案 3.3、福山油田采油厂收益应用背景 3.1应用背景应用背景 福山油田采油厂使用游梁式抽油机，这是目前应用最普遍的抽由机械之一。此类设备在采油厂中属耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40且总体效率很低据调查电量约占油田总用电量的40，且总体效率很低，据调查一般在30左右。油田抽油机起动初始状态要求拖动电机的起动力矩是抽油机实际负载的34倍，甚至更大，起动的起动力矩是抽油机实际负载的34倍，甚至更大，起动力矩是抽油机选配电机的第一要素。当起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳，运行负载功率都远小于电机的额定功率，即所谓“大马拉小车”现象
7、。过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成福山油田采油厂开采的电费成本居高不下能源浪费十分严重费成本居高不下，能源浪费十分严重。应用背景应用背景福山油田采油厂在抽油机上加装启动柜，使用工频运行，抽油机在工频状态下启动时冲击电流大会产生尖峰电流转矩动态大启动频状态下启动时，冲击电流大，会产生尖峰电流；转矩动态大，启动过程快，会影响各机械部件的寿命；启动后，不能根据油井的实际情况调节其频率，且配重不能实时调节，所以会造成大部分能量的浪费；另外下冲程时电动机处于发电状态释放的能量直接回馈给电网另外，下冲程时，电动机处于发电状态，释放的能量直接回馈给电网，会使供电系统功率因数降低，对电网质量影响
8、非常大。所以为了降低启动时冲击电流，延长设备使用寿命，减少能源损耗，改善电网质量，有必要对抽油机进行变频改造。前期选择了三口井作为试点，经过前期的试运行，运行状况良好。经测试，改善了功率因数低的问题，功率因数从0 2提高到0 98，降低了测试，改善了功率因数低的问题，功率因数从0.2提高到0.98，降低了无功功率，减少了线损；对于低产井及间抽井，降低了有功功率，解决了过剩抽油能力的能源损耗问题。经过福山油田采油厂及大港油田节能检测中心的综合评价节能效果明显综合收益增加此改造方节能检测中心的综合评价，节能效果明显，综合收益增加，此改造方案可行，可大面积改造。福福山山油油田田采油厂抽油机节能改采油
9、厂抽油机节能改造造方案方案福油采油厂抽油机节能改方案福油采油厂抽油机节能改方案1.这种应用方案采用PWM控制的IGBT整流技术，完成对整流与回馈的双向控制，成功解决了负载在快速下降或停机时的再生发电能量处理问题，具有四象限的运行功能能满足各种位势负载的调速要求可将电机的再生能量四象限的运行功能。能满足各种位势负载的调速要求，可将电机的再生能量转换为电能输送回电网。进一步提高节电效率，减小电源的谐波污染，提高了功率因数，减小供电电流，从而减轻电网和变压器的负担，降低线损，可省去大量的增容开支。下图为此系统的原理框图:省去大量的增容开支。下图为此系统的原理框图:四象限变频器福山油田采油厂抽油机节能
10、改造方案福山油田采油厂抽油机节能改造方案福山油田采油厂抽油机节能改造方案福山油田采油厂抽油机节能改造方案2.福山油田采油厂智能节能系统柜体说明：柜体整体照片:变频柜该变频柜的设计考虑了福山油田采油厂的实际应用工况及海南的特殊天气状况，做了特殊设计 强电隔离操作者不会触碰到强电，保证了使用者的安全；况，做了特殊设计,强电隔离操作者不会触碰到强电，保证了使用者的安全；操作简单，可方便的实现工变频切换；设计方面，考虑到日照强烈，雨季多，雷电天气较多，使用了柜体上加装隔热板，顶部用帽檐结构，加装防雷器等方案。做到了在技术上高效节能，结构上适应特殊的环境，用户体验上操作简单，强弱电隔离，保证了用户的人身
11、安全。可以实现工变频切换操作界面简单以下为界面介绍海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案可以实现工变频切换，操作界面简单，以下为界面介绍海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案雨水量较多，使用顶部有帽沿的设计，防护等级可达IP54防水帽海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案防水帽沿设计海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案井场小动物较多，如壁虎等，并且考虑很好的散热性能，采用了独立风道设计。关键元器件的箱体是封闭独立的，通过中间的隔板与风道隔开，风道中不会有关键
12、器件，保证了器件在隔离的箱体中安全运行。打开内门打开内门采用层柜门设计采用层柜门设计保证客户在使用时的安全保证客户在使用时的安全强弱电隔离强弱电隔离海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案海南福山油田采油厂抽油机节能改造方案打开内门打开内门，采用采用双双层柜门设计层柜门设计，保证客户在使用时的安全保证客户在使用时的安全，强弱电隔离强弱电隔离。福山油田采油厂智能节能系统测试数据福山油田采油厂智能节能系统测试数据福山油田采油厂智能节能系统测试数据福山油田采油厂智能节能系统测试数据A:整流器整流及回馈时电能质量测试：A:整流器整流及回馈时电能质量测试：福山油田采油厂智能节能系统测试数据福山油田采油厂智能
13、节能系统测试数据从表1，表2可以看出，不论能量的流向是从电网到母线还是从母线到电网，福山油田采油厂的节能系统都可以保证电流的谐波在5%以下，功率因数接近于1。可充分减小电源的谐波污染，提高功率因数，减小供电电流，从而减轻电网和变压器的负担，降低线损。可为福山油田采油厂提供一个可靠，节能的解决方案。变频电能参数曲线对比变频电能参数曲线对比C:工C:工变频电能参数曲线对比变频电能参数曲线对比：表3.电能参数曲线图对比福山油田采油厂智能节能系统测试数据福山油田采油厂智能节能系统测试数据上表为客户的监控系统上的电能参数曲线此曲线显示的为个冲程周期内上表为客户的监控系统上的电能参数曲线，此曲线显示的为一
14、个冲程周期内的电流，电压，功率的曲线图。对比工频运行和变频运行时的电能参数曲线，由对比表中直观的看到，相对于工频运行，输入电流，无功功率都有大幅度的降低提高了功率因数降低了供电系统的线损降低，提高了功率因数，降低了供电系统的线损。3.此系统目前已应用到了福山油田，胜利油田，大港油田，克拉玛依油田，青海油田，根据中国石油天然气集团公司油田节能检测中心的实际检测，有效地提高了功率因数降低了网侧谐波提高了电能质量地提高了功率因数，降低了网侧谐波，提高了电能质量。在变频改造后，经过福山油田采油厂及大港油田节能检测中心的综合评价，有很好的节能效果，并为企业带来直接和间接的收益。福山油田采油厂收益福山油田
15、采油厂收益1.福山油田采油厂的直接收益：A 根据大港油田集团检测评价中心测试报告结论为福山油田采油厂变频A.根据大港油田集团检测评价中心测试报告结论为：福山油田采油厂变频改造后的系统的平均综合节电率：约26%。按照单台26%计算，例如，美5-1抽油机配置的45KW电机日耗电量按200kwh算,年节约电量为18980kwh,每度电按照0 8元计算则年节约电费15184元既更换了设备又可以取每度电按照0.8元计算，则年节约电费15184元，既更换了设备，又可以取得显著地节电效果。B.我国目前执行功率因数罚款制度，用户功率因数如不能达到0.9，将面临供电公罚款福山油采油使用频时功率因数有左右某些井供
16、电公司罚款。福山油田采油厂使用工频时功率因数只有0.2左右，某些井场一年的罚款可达3万-4万元，面临高额罚款。使用变频系统功率因数从0.23提高到0.98，福山油田采油厂可以节约这方面的开支。福山油田采油厂收益福山油田采油厂收益2 福山油田采油厂的间接效益2.福山油田采油厂的间接效益：A.对于低产井，间抽可能会发生沙卡事故，使用变频方案可以降低频率24小时运行。沙卡作业时间在5-7天左右，按照一天取液10t(含油量按照30%计算)，即3t原油。3t*5天=15t原油。B.变频启动电机速度缓慢增加，对皮带及抽油机机械件的冲击降低，减少更换皮带轮，单井更换一次作业时间最快为1个小时，会影响1个小时
17、的产量，以0.5t*3000元，一年不定期需要更换5-10次，年直接经济损失约为7500-15000元。福山油田采油厂收益福山油田采油厂收益C.节电系统内置工频旁路系统，可以满足电机在工频运行和变频运行间自由切换用户可以节省一台启动配电柜启动配电柜市场售价平均6000由切换，用户可以节省台启动配电柜，启动配电柜市场售价平均6000-10000元。D.2008年国家发改委指定的电煤标准是：每度电煤耗350克标准煤。每一吨标准煤折算排放二氧化碳约为2 66 2 72吨经换算每度电可排放二氧化标准煤折算排放二氧化碳约为2.66-2.72吨。经换算，每度电可排放二氧化碳为931克-952克。这样计算每
18、年每台就为国家减少碳排放量约14.42吨。综上所述，福山油田采油厂目前的节能变频改造是适应中国国情，适合装备于各种环境的油井，节能效果明显，并为企业创造巨大的经济效益和更大的社会效益。福山油田采油厂收益福山油田采油厂收益C.节电系统内置工频旁路系统，可以满足电机在工频运行和变频运行间自由切换用户可以节省一台启动配电柜启动配电柜市场售价平均6000由切换，用户可以节省台启动配电柜，启动配电柜市场售价平均6000-10000元。D.2008年国家发改委指定的电煤标准是：每度电煤耗350克标准煤。每一吨标准煤折算排放二氧化碳约为2 66 2 72吨经换算每度电可排放二氧化标准煤折算排放二氧化碳约为2
19、.66-2.72吨。经换算，每度电可排放二氧化碳为931克-952克。这样计算每年每台就为国家减少碳排放量约14.42吨。综上所述，福山油田采油厂目前的节能变频改造是适应中国国情，适合装备于各种环境的油井，节能效果明显，并为企业创造巨大的经济效益和更大的社会效益。建议福山油田采油厂大面积推广。4.应用案例应用案例2应用现场：华北油田镇泾采油厂应用方案：一拖5共直流母线福山油田的油井比较分散一个井场大多有一口井所以使用单机模式福山油田的油井比较分散，一个井场大多有一口井，所以使用单机模式，而在华北油田，一个井场均有4-5口井，为了更加节能，使用本方案。本方案适用于多台抽油机相距较近的场合，本系统
20、由一台变压器，一台双备份的整流器多台逆变器构成使用台变压器实现了变压器的台双备份的整流器，多台逆变器构成。使用一台变压器，实现了变压器的减容，相比较一台抽油机配备一台变压器的系统，本系统的变压器总容量可减小70%左右；整流器使用PWM可控整流，实现能量的双向流动，可将再生能量回馈给电网，使功率因数提高到0.9以上，满载输入电流谐波可控制在5%之内；启动时对电网的冲击小；抽油机下行时，所产生的回馈能量可通过直流母线给处于上行工作状态的抽油机供电，进一步减少了对电网可直流母线给处于行作状态的抽油机供电进步减少了对电网能量的需求。4 应用案例应用案例24.应用案例应用案例2M逆变器1短路保护及缓冲装
21、置M逆变器2公共直备份切备份切短路保护及缓冲装置M逆变器3变压器PWM整流器110KV电网直流母切换装置1切换装置2短路保护及缓冲装置M逆变器4排PWM整流器2短路保护及缓冲装置M逆变器5短路保护及缓冲装置现场应用原理简图4 应用案例应用案例24.应用案例应用案例2典型用户：华北油田镇泾采油厂典型用户：华北油田镇泾采油厂典型案例：抽油机变频改造，变压器降容后增加注水泵建设规模：将两台11KW，两台15KW的抽油机启动柜改造成四象限共直流母线的变频器配置了台37KW的整流器两台11KW逆变器两直流母线的变频器，配置了一台37KW的整流器，两台11KW逆变器，两台15KW逆变器。改造后变压器的容量有余量，增加了一台45KW的注水泵电机。经测试抽油机改造后综合节电率为26%左右。按照每天用电量200度计算，年节约电量为18980kwh,每度电按照0.8元计算，则年节约电费15184元，电煤等价系数按照0 35kgce/kW h计算，节能约为6 64tce；增15184元，电煤等价系数按照0.35kgce/kW.h计算，节能约为6.64tce；增加一台45KW的注水泵电机，变压器需要增加容量，按照28元/月KVA的容量费计算，每年可为企业省约18480元的增容费。Q&A