ПОГРУЖНОЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к области электротехники и внутрискважинному оборудованию и может быть использовано для компенсаций реактивной мощности погружных электродвигателей установок электроцентробежных насосов.
Компенсаторы реактивной мощности (КРМ) предназначены для компенсации индуктивной составляющей реактивной мощности, потребляемой нагрузкой. В настоящее время наиболее распространенными являются конденсаторные установки с постоянной или регулируемой емкостью. В регулируемых КРМ изменение вырабатываемой реактивной мощности может происходить двумя основными способами: изменением числа включенных в работу конденсаторов, либо включением в силовую цепь тиристорно-реакторных групп (статические тиристорные компенсаторы). Основными недостатками таких КРМ являются: генерация в сеть токов высших гармоник; высокие массогабаритные показатели; существенные коммутационные перенапряжения, возникающие на тиристорах устройства при переключении, необходимость отстройки от резонансных режимов.
Совершенствование элементной базы силовой электроники и новых методов высокочастотной модуляции позволило разработать новый класс устройств, построенных на IGBT или MOSFET транзисторах, либо на IGCT или GTO тиристорах. Базовой схемой для таких устройств малой и средней мощности является схема, в основе которой лежит схема трехфазного (однофазного) автономного инвертора напряжения или тока. Применение полностью управляемых полупроводниковых приборов позволяет плавно регулировать вырабатываемую реактивную мощность с малым содержанием высших гармонических составляющих в компенсирующем токе за счет использования методов широтно-импульсной модуляции.
Известен внутрискважинный компенсатор реактивной мощности [RU 145053 U1 МПК H02J 3/18, опубликованная 10.09.2014], содержащий корпус, с расположенными в нем косинусными конденсаторами, при этом указанный корпус выполнен с возможностью соединения с электродвигателем, отличающийся тем что, компенсатор дополнительно содержит, установленный в корпусе блок системы управления и шинопроводы, причем входы косинусных конденсаторов соединены с выходами силовых модулей блока системы управления, а выходы косинусных конденсаторов соединены с шинопроводами.
Недостатком данной полезной модели является высокие массогабаритные показатели ввиду применения нескольких конденсаторных батарей для плавного регулирования вырабатываемой реактивной мощности и генерирование в сеть высших гармонических составляющих тока и напряжения в процессе коммутации.
Задачей является создание погружного компенсатора реактивной мощности, при осуществлении которого достигается технический результат, заключающийся в уменьшении влияния на сеть высших гармоник и уменьшении массогабаритных показателей.
Указанный технический результат достигается тем, что погружной компенсатор реактивной мощности содержит герметичный корпус, с расположенными внутри катушками индуктивности, конденсатором, трансформаторами тока и блоком системы автоматического управления, при этом корпус выполнен с возможностью соединения с корпусом погружного электродвигателя, внутри корпуса установлен трехфазный инвертор напряжения, состоящий из шести пар силовых вентилей, блока системы автоматического управления и драйвера, причем входы катушек индуктивности электрически соединены с питающим кабелем, а выходы с входом и выходом двух пар силовых вентилей каждая, противоположные входы и выходы силовых вентилей соединены с входом и выходом конденсатора, блок системы автоматического управления, включает в себя трансформаторы тока, датчики напряжения, систему автоматического управления с функцией широтно-импульсной модуляции.
На фиг. 1 - изображен погружной компенсатор реактивной мощности, соединенный с погружным электродвигателем.
На фиг. 2 - изображен погружной компенсатор реактивной мощности, разрез по А-А.
На фиг. 3 - изображена однолинейная электрическая схема погружного компенсатора реактивной мощности.
Погружной компенсатор 1 реактивной мощности содержит герметичный корпус 2 цилиндрической формы, выполненный из прочного материала, например сталь. Корпус 2 жестко присоединен к погружному электродвигателю 3 (фиг. 1). Питание электрическим током погружного электродвигателя 3 и погружного компенсатора 1 реактивной мощности осуществляется по электрическим кабелям 4, которые выходят из корпуса 2. Электрические жилы кабелей 4 соединены в корпусе 2 между собой пофазно. Внутри корпуса 2 установлены конденсатор 5, катушки индуктивности 6, трехфазный инвертор 7 напряжения, блок 8 системы автоматического управления (фиг. 2). Входы катушек индуктивности 6 соединены с электрическими жилами кабеля 4 пофазно, а выходы с входом и выходом двух пар силовых вентилей 9 трехфазного инвертора 7 напряжения каждая по отдельности (фиг. 3). Противоположные входы и выходы силовых вентилей 9 соединены с входом и выходом конденсатора 5 соответственно. Управление силовыми вентилями 9 осуществляется при помощи блока 8 системы автоматического управления, установленного в корпусе 2 (фиг. 2). Блок 8 системы автоматического управления состоит из трансформаторов тока 10, датчиков напряжения 11, системы 12 автоматического управления с функцией широтно-импульсной модуляции и драйвера 13 (фиг. 3).
Погружной компенсатор 1 реактивной мощности работает следующим образом.
При пуске погружного электродвигателя 3 и дальнейшей его работе происходит потребление им электрической мощности. Так как характер потребляемой им мощности активно-индуктивный, то для уменьшения токов протекающих по электрическому кабелю 4 необходимо компенсировать индуктивную составляющую.
Сигналы с трансформаторов тока 10 и датчиков напряжения 11 подаются на систему 12 автоматического управления, в которой происходит вычисление активной и реактивной мощности. Система 12 автоматического управления вычисляет уровень напряжения на конденсаторе 5 и поддерживает его на определенном уровне для создания требуемого компенсационного тока. При изменении тока потребляемого электродвигателем 3 происходит изменение реактивной составляющей ее мощности. Увеличение тока потребляемого электродвигателем 3 приводит к увеличению реактивной мощности, что требует повышения уровня напряжения на конденсаторе 5, затрачиваемого для компенсации реактивной мощности. Снижение тока потребляемого электродвигателем 3, наоборот, должно сопровождаться уменьшением напряжения на конденсаторе 5. Регулирование напряжения на конденсаторе 5 осуществляется при помощи включения и отключения силовых вентилей 9 по заданному закону регулирования. Сигналы, сформированные системой 12 автоматического управления, поступают с драйвера 13 на управляющие входы силовых вентилей, (фиг. 3). Уменьшение влияния высших гармонических составляющих на работу конденсатора 5 осуществляется при помощи установленных катушек индуктивности 6.
Таким образом, в заявляемом устройстве вместо нескольких конденсаторов используется один, что позволяет уменьшить массогабаритные размеры.