- •1.Расчёт и выбор основного электрооборудования скважинной насосной установки для добычи нефти
- •1.1.Выбор подходящей марки погружного электродвигателя.
- •1.2.Выбор и расчёт кабельной линии.
- •1.3.Расчёт и выбор параметров двухобмоточного трансформатора.
- •1.4. Проверка кабельной линии на термическую стойкость.
- •1.5.Выбор подходящей марки электроцентробежного насоса.
- •1.6.Энергетическая диаграмма скважины
- •1.7.Годовые потери в уэцн.
- •2.Расчёт элементов преобразователя частоты для станций управления уэцн.
- •2.1 .Общие сведения по преобразователю частоты.
- •2.2.Расчёт инвертора напряжения на igbt транзисторах.
2.2.Расчёт инвертора напряжения на igbt транзисторах.
Выбор марки IGBT ключа.
Для выбора марки IGBT ключа с постоянным током и постоянным напряжением воспользуемся условиями:
, (2.2.1)
, (2.2.2)
Рассчитываем максимальный ток проходящий через IGBT ключи по формуле:
, (2.2.3)
где - межфазовое напряжение промысловой сети;
- перегрузки по току электропривода ПЭД;
- коэффициент допустимой пульсации тока.
Находим средневыпрямленное напряжение по формуле:
, (2.2.4)
где - коэффициент для мостовой трёхфазной схемы выпрямления.
Рассчитав идля условий (2.2.1 и 2.2.2), выберем маркуIGBT ключа.
Ближайший подходящий IGBT ключ «CM300H A-12H», так как:
Параметры IGBT ключа представлены в таблице ниже:
Таблица 2.2.1. Параметры IGBT ключа.
Тип прибора |
Предельные параметры |
Электрические характеристики |
Обратный диод |
Тепловые и механические параметры | |||||||||||||||||||||
UCES,B |
IC,A |
PC,Вт |
UCE(sat), B |
td(on),нс |
tr,нс |
td(off),нс |
tf,нс |
Uf, B |
trr,нс |
Rth(c-f), oC/Вт |
IGBT |
Диод | |||||||||||||
типовое |
максимальное |
Rth(i-f), oC/Вт | |||||||||||||||||||||||
CM300H A-12H |
600 |
300 |
1100 |
2,1 |
2,8 |
350 |
600 |
350 |
300 |
2,8 |
110 |
0,04 |
0,11 |
0,24 |
Примечание: UCES – максимальное напряжение коллектор-эмиттер; IC – максимальный ток коллектора; PC – максимальная рассеиваемая мощность; UCE(sat) – напряжение коллектор-эмиттер во включенном состоянии; td(on) – время задержки включения; tr – время нарастания; td(off) - время задержки выключения; tf – время спада; Uf – прямое падение напряжения на обратном диоде транзистора; trr – время восстановления обратного диода при выключении; Rth(c-f) – тепловое сопротивление корпус-охладитель; Rth(j-f) – тепловое сопротивление переход-корпус.
Расчёт тепловых потерь в IGBT модулях.
Схему модуля выбираем по таблице 37.14(Электрический справочник – том 2,2001г,с.432-433).
В нашем случае она выглядит таким образом:
Рис.2.2.1.Схема модуля.
Для сборки автономного инвертора потребуется 6 модулей.
Потери в каждом модуле с IGBT ключами имеют следующие состовляющие:
-Потери в проводящем состоянии, зависящее от коллекторного тока и от напряжения на включённых IGBT транзисторах;
- Потери на коммутацию и динамические потери, зависящие от частоты коммутации и быстродействия транзисторов.
Рассчитываем потери в одном IGBT ключе в проводящем состоянии:
, (2.2.5)
где - коэффициент модуляции, принимаем максимальное значение равное 0,95;
- коэффициент мощности, примерно равный ;
–максимальная величина амплитуды тока на входе инвертора, рассчитывается по формуле:
, (2.2.6)
где – перегрузка по току привода ПЭД.
Рассчитываем по формуле (2.2.6):
Рассчитываем по формуле(2.2.5):
Рассчитываем потери в IGBT ключе при коммутации по формуле:
, (2.2.7)
где - время включения транзистора, рассчитывается по формуле:
, (2.2.8)
- время выключения транзистора, рассчитывается по формуле:
, (2.2.9)
–частота коммутации (или несущая частота), выбирается из интервала от 5000 Гц до 15000 Гц (чем выше частота тем выше потери).
Рассчитываем по формуле(2.2.8):
Рассчитываем по формуле(2.2.9):
Рассчитываем по формуле(2.2.7):
Рассчитываем суммарные потери в IGBT ключе по формуле:
, (2.2.10)
Рассчитываем потери обратного диода в проводящем состоянии по формуле:
, (2.2.11)
где - максимальная амплитуда тока через обратный диод;
- потеря напряжения на диоде.
Рассчитываем потерю восстановления запирающих свойств диода по формуле:
, (2.2.12)
где - амплитуда обратного тока через диод;
–продолжительность восстановления.
Перед тем как рассчитать переведёмиз наносекунд в секунды:
Теперь рассчитываем по формуле(2.2.12):
Рассчитываем результирующие потери в одном IGBT ключе с обратным диодом по формуле:
, (2.2.13)
где , (2.2.14)
Общие потери в автономном инверторе будут следующие:
, (2.2.15)
Расчёт параметров охладителя и выбор марки охладителя.
Определяем параметры охладителя на один модуль.
Рассчитываем максимально допустимое переходное сопротивление охладитель-окружающая среда по формуле:
, (2.2.16)
где - переходное сопротивление промежутка охладитель-окружающая среда;
–температура корпуса теплопроводящей пластины;
–температура охлаждающего воздуха(внутри кабины, станции управления), значении выбирается из интервала от 40до 50.
–температура кристалла, предельное значение 125.
При выборе должно выполняться условие:
,
т.е , (2.2.17)
Рассчитываем по формуле(2.2.16):
Рассчитываем температуру кристалла IGBT ключа по формуле:
, (2.2.18)
Делаем проверка, для этого должно выполнятся следующее условие:
, (2.2.19)
Условие(2.2.19) выполняется. Проверка прошла.
Рассчитываем температуру кристалла обратного диода по формуле:
, (2.2.20)
Делаем проверка, для этого должно выполнятся следующее условие:
, (2.2.21)
Условие(2.2.21) выполняется. Проверка прошла.
Выбираем марку охладителя из условия(2.2.16):
Выбираем охладитель серии BF (фирмы DAV):
Таблица 2.2.2. Параметры охладителя.
тип |
09 |
Ширина ,мм |
121,4 |
Толщина ,мм |
12,0 |
Кол-во, ребер |
24 |
Толщина ребер |
1,2 |
Расстояние между рёбрами, мм |
5,05 |
0,091 |
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.
Список литературы
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.
Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.
Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.
Руденко В.С., Сеньков В.И. Основы промышленной электроники. – Киев.: Вища школа, 1985. – 400 с.
Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона, 1998. – 400 с.
Храмов А.Я. Электропитающие устройства: Методические указания для студентов заочного отделения по специальности 0615. Ч.1. – Л.: ЛИКИ, 1982. – 66 с.
Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. Киев: Техника, 1978. – 447 с.
Тиристорные преобразователи напряжения Т44 для асинхронного элек-тропривода / О.А. Андрющенко, Л.П. Петров и др. – М.: Энергоатомиз-дат, 1986. – 200 с.
Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. – М.: Солон-Р, 1999. – 506 с.
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.
Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
Закс М.И., Каганский Б.А., Печенин А.А. Трансформаторы для элек-тродуговой сварки. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 135 с.
Приложения