Контрольная работа по дисциплине : «Электротехнические комплексы, системы и сети»

 

корпус из нержавеющей стали. За счет большой  емкости конденсатора появ-ляется возможность упростить схему сглаживающего фильтра выпрямителя, исключив из нее индуктивность L₀ – элемент, имеющий значительные габа-риты и вес.

 

6. Расчет снаббера

Так как IGBT коммутируется с высокой  скоростью, то напряжение U_CE быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может дос-тичь 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 снаббе-ра (демпфирующей цепи). Типичные схемы снабберов и их особенности рас-смотрены  в таблице 5.

Конденсатор для указанных схем необходимо выбирать с хорошими высокочастотными характеристиками, высокими допустимыми импульсны-ми токами и малым тангенсом угла потерь, например, К78 – 2 или Э63К.

Сопротивление резистора зависит от емкости  конденсатора С и часто-ты коммутации IGBT f_sw. Расчетные формулы для выбора мощности резисто-ров цепей снабберов, указанных в таблице 5, схем имеют следующий вид:

Схемы 2, 3 и 5 из таблицы 5:

                                      (2.71)

Схема 4 из таблицы 5:

,                                   (2.72)

где U – напряжение коллектор –  эмиттер в установившемся режиме, которое равно напряжению звена  постоянного тока преобразователя  системы АИН ШИМ, ΔU –  перенапряжение (рис. 2.18).

 

                                                                                                                                                                                                                                          

 

Рис. 2.18. Напряжение коллектор-эмиттер

на IGBT транзисторе при выключении

 

 

 

 

 

Таблица 5

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

 

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

                                               (2.73)

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

Ток, протекающий через диод снаббера импульсный. Он почти равен отключаемому току коллектора и длится до одной микросекунды.

Отношение максимума тока через диод снаббера к среднему около (20 – 50):1. Диод должен быть высокочастотным и временем восстановления запирающих свойств t_rr не более 0,3 мкс.

Величина  ΔU (рис. 2.18) зависит от многих факторов, она не должна превышать 50-60 В. Так, для  схем из табл. 5 можно отметить следующее:

• бросок напряжения ΔU (рис. 2.18) при запирании модуля определяется как параметрами схемы, так и характеристиками IGBT, поэтому ΔU не может быть выражен математически;
• ΔU существенно зависит от индуктивности L₂ цепей снаббера (L₂ не должна быть более 10 нГн);
• ΔU незначительно зависит от резистора R_g на входе затвора и от темпе-ратуры;
• ΔU не определяется величиной емкости снаббера. Следовательно, для ограничения ΔU важно ограничить индуктивности L₁ и L₂ за счет огра-ничения длины проводов и их бифилярного монтажа.

Емкость конденсатора снаббера определяется величиной второго броска напряжения ΔU' (рис. 2.18), который не должен превышать 20 – 25 В. Учитывая, что индуктивность проводов между электролитическим конденса-тором и IGBT модулем равна L₁, отключаемый ток равен I_С – выражение для расчета емкости представится в следующем виде:

                                          (2.74)

Хотя емкость  конденсатора снаббера определяется величиной L₁ и мо-жет быть рассчитана по (2.69) окончательно определить С можно, фактичес-ки установив модуль и определив перенапряжение. Типичное значение емкости снаббера составляет 1 мкФ на 100 А коммутируемого транзистором IGBT тока.

Исходя из величины тока, коммутируемого транзистором IGBT, а именно I_Cmax = 306,2 A выбираем емкость снаббера C = 3 мкФ, и применяем конденсатор высокочастотный типа К78-3 (три конденсатора 1 мкФ/600В, соединенных параллельно).

Сопротивление резистора:

                         (2.75)

Мощность резистора (схема 3 из таблицы 9):

             (2.76)

где – задаемся равным 60 В.

По величине сопротивления и мощности реализуется  резистор снаб-бера из четырнадцати двухваттных сопротивлений типа МЛТ 1,6 Ом ± 10%, соединенных параллельно, для получения эквивалентного сопротивления 0,115 Ом мощностью 28 Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Заключение

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

Наиболее  широко до недавних пор велись работы по усовершенство-ванию узлов электрооборудования установок, имеющих наименьшую надеж-ность 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 эксплутационную надежность электродвигателей.

Опробованы  и находятся в стадии внедрения  новые выводные прово-да, которые обладают лучшей термостойкостью, сопротивлением изоляции, меньшими токами утечки, меньшим и стабильным размером наружного диа-метра. Для пропитки статоров опробован новый компаунд, в котором практи-чески 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 темпера-туре 126 ºС.

Разработана, изготовлена и прошла промысловые  испытания опытная партия кабельных  муфт, конструктивно выполненных  по принципу громоот-водов. Наконечники муфты залиты в изоляционном материале, что обеспечи-вает 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 настоя-щее время в кооперации с Ижевским радиозаводом, создали и поставили на промысловые испытания двигатели типа 6ПЭД с системой телеметрии ново-го поколения. Новая система телеметрии позволяет контролировать и регис-трировать 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.

 

 

4. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Приложения
1. Структурная схема ЭТКС УЭЦН

Структура схема  ЭТС.

 

 

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.

 

 

 

 

 

2. Схема КЛ распределения

 

U_ab; U_bc; U_ac – межфазные напряжения;

I_A; I_B; I_C – фазные токи в жилах кабеля;

I_a; I_b; I_c – фазные токи асинхронного электродвигателя;

Z₀ – сопротивления фаз электродвигателя;

С_a; С_b; С_c – собственная распределенная емкость относительно экрана;

C_ab; C_bc; C_ac – взаимные емкости;

М_АВ; М_ВС; М_АС – межфазные взаимные индуктивности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.5. Временные  диаграммы ШИМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.6. Временные  диаграммы ступенчатых трехфазных  выходных напряжений ПЧ