專利名稱：一種石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波的主要手段是設(shè)置無源LC濾波器，優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡單，一直被 廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，此外，這 種裝置只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，難以對頻率變化的諧波進(jìn)行有效的動態(tài)補(bǔ)償，而隨著電 力系統(tǒng)的發(fā)展，對諧波進(jìn)行快速動態(tài)補(bǔ)償?shù)男枨笤絹碓酱罅?。在SCR電驅(qū)動系統(tǒng)和VFD電驅(qū)動系統(tǒng)均存在著把交流電整流成直流電的整流變 換過程，此過程將產(chǎn)生大量的5、7、11、13等次諧波，并傳輸?shù)讲裼桶l(fā)電機(jī)組小電網(wǎng)系統(tǒng)中 (600V電網(wǎng))，產(chǎn)生的諧波將對600V電網(wǎng)上的其他用電設(shè)備帶來以下不良影響1、使電網(wǎng)電壓波形畸變，供電質(zhì)量下降。2、諧波電流引起無功功率增加，降低功率因數(shù)。3、使接在同一電網(wǎng)中的變壓器、交流電機(jī)等損耗加大，加速絕緣老化，還會使這 些設(shè)備的振動和噪聲增加。4、使接在同一電網(wǎng)中的電力電容器可能由于對諧波電流的放大而過電流。5、諧波可能在公共電網(wǎng)中產(chǎn)生并聯(lián)諧振，引起過電壓而損壞電網(wǎng)中的其他用電 設(shè)備。例如UPS電源經(jīng)常燒壞。6、諧波影響儀表用互感器的檢測精度。7、諧波對鄰近的弱電系統(tǒng)，包括通信系統(tǒng)和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題是提供一種經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，安全、可靠，具有很快的動 態(tài)響應(yīng)速度和很高的補(bǔ)償精度的石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置。為解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案本實(shí)用新型的特殊之處在于由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路組成，補(bǔ) 償電流發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路構(gòu)成，所述的電流跟蹤控制電路 包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分，驅(qū)動電路采用SKiiP功率模塊；所述的補(bǔ)償電流發(fā)生 電路中的電流跟蹤控制電路的數(shù)字電路部分采集直流母線的電壓并將直流母線電壓誤差 經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算后的指令信號傳輸?shù)侥M電路部分；指令電流運(yùn)算電路將檢測的負(fù) 載電流通過運(yùn)算后得到需要補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波電流指令，再與直流側(cè)穩(wěn)壓電流指令疊加得到 總的電流指令傳輸?shù)侥M電路部分，模擬電路部分根據(jù)指令信號和電流指令生成并輸出 PWM信號，驅(qū)動電路通過光纖接收PWM信號并輸出控制信號到開關(guān)管。上述的驅(qū)動電路的SKiiP功率模塊為集成了驅(qū)動電路的多個IGBT并聯(lián)模塊。上述的每個開關(guān)管均由多個小容量開關(guān)管并聯(lián)構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果[0017]1、本裝置可以補(bǔ)償各次諧波，從而區(qū)別于以往的只能補(bǔ)償固定頻率的靜態(tài)補(bǔ)償。2、本裝置是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波大小相 等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。3、有源補(bǔ)償設(shè)備安全、可靠，具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度和很高的補(bǔ)償精度。

圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型的控制流程框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖1、2，本實(shí)用新型由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路組成，補(bǔ)償電流 發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路構(gòu)成，所述的電流跟蹤控制電路包括數(shù) 字電路部分和模擬電路部分，驅(qū)動電路采用SKiiP功率模塊；所述的補(bǔ)償電流發(fā)生電路中 的電流跟蹤控制電路的數(shù)字電路部分采集直流母線的電壓并將直流母線電壓誤差經(jīng)過PI 調(diào)節(jié)器的計(jì)算后的指令信號傳輸?shù)侥M電路部分；指令電流運(yùn)算電路將檢測的負(fù)載電流通 過運(yùn)算后得到需要補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波電流指令，再與直流側(cè)穩(wěn)壓電流指令疊加得到總的電流 指令傳輸?shù)侥M電路部分，模擬電路部分根據(jù)指令信號和電流指令生成并輸出PWM信號， 驅(qū)動電路通過光纖接收PWM信號并輸出控制信號到開關(guān)管。驅(qū)動電路的SKiiP功率模塊為集成了驅(qū)動電路的多個IGBT并聯(lián)模塊。每個開關(guān)管均由多個小容量開關(guān)管并聯(lián)構(gòu)成，這樣的電路結(jié)構(gòu)與小容量APF相 同，比較簡單，其中的每個開關(guān)管均由多個小容量開關(guān)管并聯(lián)構(gòu)成，以增大整體容量。開關(guān) 管并聯(lián)方案的技術(shù)關(guān)鍵在于多管并聯(lián)時管內(nèi)、管外參數(shù)的對稱性，及管間瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)的一致 性，這對器件工藝，驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。這里我們選用SEMIKR0N公司的智 能功率模塊SKiiP2403GB172-4，這款功率模塊內(nèi)部集成了多支IGBT以供并聯(lián)，并集成了驅(qū) 動電路，過流、過溫保護(hù)電路及故障信號輸出接口，并配備了光纖接口，具有較高的可靠性 和實(shí)用性。SKiiP功率模塊的整個模塊由4個半橋模塊在內(nèi)部并聯(lián)封裝構(gòu)成，以保證開關(guān)管 可以驅(qū)動較大的電流等級，各半橋輸出電流通過母線銅排從模塊外部進(jìn)行并接；所有IGBT 由內(nèi)部驅(qū)動電路進(jìn)行統(tǒng)一驅(qū)動控制，具有較高的參數(shù)對稱性和可靠性。電流跟蹤控制電路是以DSP+FPGA結(jié)構(gòu)為核心的，包括數(shù)字電路部分和模擬電路 部分1、數(shù)字電路部分采用了以DSP+FPGA為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，分別是TI公司的 DSP TMS320M812 和 ALTERA 公司的 acyclone III EP3C40Q240C8N。DSP TMS320F2812主要實(shí)現(xiàn)的功能(1)、數(shù)據(jù)采集，主要是直流母線電壓的采集； (2)、電壓外環(huán)的控制，主要是直流母線電壓誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算；(3)、無源投切判 斷；(4)、與觸摸屏的通訊功能。FPGA主要實(shí)現(xiàn)的功能補(bǔ)償電流指令的計(jì)算，主要采用TTA算法，對5、7、11、13次 諧波分次補(bǔ)償。
4[0031]2、模擬電路部分電流跟蹤電路主要完成根據(jù)運(yùn)算電路輸出的指令信號，生成適 當(dāng)?shù)腜WM信號，從而使變流器的輸出電流能夠很好的跟蹤指令波形。采用本實(shí)用新型后補(bǔ)償前后電網(wǎng)電流FFT分析如下
權(quán)利要求1.一種石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置，其特征在于由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電 流發(fā)生電路組成，補(bǔ)償電流發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路構(gòu)成，所述的 電流跟蹤控制電路包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分，驅(qū)動電路采用SKiiP功率模塊；所 述的補(bǔ)償電流發(fā)生電路中的電流跟蹤控制電路的數(shù)字電路部分采集直流母線的電壓并將 直流母線電壓誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算后的指令信號傳輸?shù)侥M電路部分；指令電流運(yùn) 算電路將檢測的負(fù)載電流通過運(yùn)算后得到需要補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波電流指令，再與直流側(cè)穩(wěn)壓 電流指令疊加得到總的電流指令傳輸?shù)侥M電路部分，模擬電路部分根據(jù)指令信號和電流 指令生成并輸出PWM信號，驅(qū)動電路通過光纖接收PWM信號并輸出控制信號到開關(guān)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置，其特征在于所述的 驅(qū)動電路的SKiiP功率模塊為集成了驅(qū)動電路的多個IGBT并聯(lián)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置，其特征在于所述的 每個開關(guān)管均由多個小容量開關(guān)管并聯(lián)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種石油電動鉆機(jī)專用有源濾波裝置。傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波的主要手段是設(shè)置無源LC濾波器，優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡單，一直被廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振。本實(shí)用新型由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路組成，補(bǔ)償電流發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路構(gòu)成，所述的電流跟蹤控制電路包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分，驅(qū)動電路采用SKiiP功率模塊。本實(shí)用新型可以補(bǔ)償各次諧波，從而區(qū)別于以往的只能補(bǔ)償固定頻率的靜態(tài)補(bǔ)償。
文檔編號H02J3/01GK201860112SQ20102060214
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者張潔, 李劍波 申請人:西安寶美電氣工業(yè)有限公司