АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 7
1.1 Технические требования к электроприводу бурового насоса установки БУ
5000 7
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 10
3 ВЫБОР СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 11
3.1 Выбор двигателя 11
3.1.1 Расчет зависимостей момента и скорости рабочего органа от времени
11
3.1.2 Предварительный выбор мощности двигателя 13
4 ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА И СХЕМЫ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ 15
4.1 Выбор типа электропривода 15
4.1.1 Электропривод постоянного тока 17
4.1.2 Синхронный привод 17
4.1.3 Привод переменного тока 18
4.1.4 Электропривод с синхронным реактивным двигателем независимого
возбуждения 20
4.2 Выбор силовых цепей 22
5 РАСЧЕТ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ ПЧ 32
5.1 Расчет основных параметров и выбор полупроводниковых ключей
силовой части ПЧ 32
5.1.1 Выбор полупроводникового ключа 32
5.2 Расчет емкости снабберных конденсаторов 38
5.3 Алгоритм формирования выходных напряжений и токов 39
5.4 Моделирование работы преобразователя частоты в системе MATLAB .... 42
5.5 Реализация процесса моделирования и анализ результатов 43
5.6 Расчет установленной мощности многоуровневых преобразователей 57
5.6.1 Определение установленной мощности трёхфазной мостовой схемы 58
5.6.2 Определение установленной мощности трёхфазного инвертора,
построенного на базе трёх однофазных мостовых схем 60
6 НОМИНАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПРИВОДА. СОПОСТАВЛЕНИЕ ДВУХ- И
МНОГОУРОВНЕВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 62
6.1 Постановка задачи исследования 62
6.2 Сопоставление двух- и трехуровневых низковольтных преобразователей
частоты. 64
6.3 Определение оптимальных количества фаз полупроводникового
преобразователя частоты 70
7 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 73
7.1 Описание системы управления электроприводом 73
7.2 Indireet Stator-Quantities Gonliol (КС) 73
7.2.1 Вычисление переменных двигателя 77
7.2.2 Алгоритм формирования напряжения SVPWM 78
7.2.3 Настройка регуляторов КС 81
7.2.4 Функциональная схема электропривода с алгоритмом КС 82
7.3 Dired Self-Сontrol (DSQ 84
7.4 Совместная работа «КС» с «SVPWM» и «DSO> в составе
спроектированного электропривода 86
7.5 Характеристики электропривода при выполнении предельной
нагрузочной диаграммы 87
7.6 Характеристики электропривода при разгоне свыше номинальной
скорости. 89
8 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТЕРЬ В
МНОГОУРОВНЕВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ 91
8.1 Исследования электрических и тепловых потерь IGBT-транзисторов в
двухуровневом преобразователе МТ-1000 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 95
Проведен анализ целесообразности применения регулируемых электроприводов на БУ. Проведён анализ загрузки буровых насосов на БУ. Рассчитаны потери при дроссельном способе регулирования подачи бурового раствора. Проведён сравнительный анализ схем электропривода применяемых для регулировки насосов. Выбран электропривод буровой лебёдки, на основании нагрузочной характеристики которого были рассчитаны фазные токи и нагрузка полупроводникового преобразователя. Выданы рекомендации по
целесообразности применения той или иной схемы для регулирования данного типа механизмов.
В связи с появлением новых возможностей при создании регулируемых электроприводов, таких, как экономия электроэнергии, снижение износа технологического оборудования, возникает необходимость в корне пересматривать подход к проектированию механизмов, включающих в себя комплекс «двигатель - полупроводниковый преобразователь».
В нефтегазовом комплексе этот комплекс используются наиболее широко. Следовательно, созрела необходимость оценить возможность и целесообразность применения регулируемых приводов и многоуровневых преобразователей для названной группы механизмов.
Расчет и проектирование проводились на примере технического перевооружения электроприводов типовой буровой установки БУ5000.
Целью дипломного проекта является снижение электрических потерь и повышение надежностных показателей вентильного преобразователя, питающего электроприводы объектов нефтегазового комплекса.
Приведены технико-экономические обоснования модернизации двигателей буровых насосов.
Были рассмотрены основные технические требования к ЭП электропривода лебедки.
Проведены нагрузочные диаграммы работы электропривода, рассчитаны фазные токи и нагрузка полупроводникового преобразователя.
Был произведен анализ электрических потерь в разных типах полупроводниковых преобразователей.
Была рассчитана установленная мощность многоуровневого преобразователя.
Рассчитано и выбрано полупроводниковое оборудование.
Проведено экспериментальное исследование, в ходе которого были получены данные о потерях в многоуровневых преобразователях.
Указаны особенности выбора силовых цепей и подводные камни во внедрении данного проекта в нефтегазовый комплекс.
Теоретически представлена сложность и актуальность повышения надежностных характеристик системы путем увеличения количества фаз; в прямом соотношении с капитальными затратами на модернизацию оборудования.
Теоретически показано и экспериментально проверено, что использование многоуровневых преобразователей существенно уменьшает тепловые и электрические потери в комплексе «двигатель - полупроводниковый преобразователь», что, в свою очередь, позволит сократить капитальные затраты на урегулирование завышенной температуры воздуха в электропомещении типового контейнера.
