1引言

青海油田，地處青海與新疆、甘肅的交界處，中國(guó)四大盆地之一的柴達(dá)木盆地上，海拔接近3000m，是世界上海拔最高的油田。這里地質(zhì)、氣候條件十分艱苦，頭頂上是終年皚皚白雪的昆侖山脈，腳下是寸草不生的沙漠與鹽堿灘，經(jīng)常起沙塵暴，風(fēng)沙肆虐。

在這種環(huán)境下應(yīng)用變頻器，對(duì)其要求就比較苛刻:
（1）要能經(jīng)受海拔高、高原缺氧的考驗(yàn)。一般規(guī)定變頻器的海拔高度在1000m以下，現(xiàn)在是3000m，變頻器要降級(jí)使用，要比電機(jī)高出一檔，保證其器件的可靠工作。
（2）高原氣候，晝夜溫差大，特別在冬天，可相差20～30℃，有可能凝露或結(jié)霜。
（3）要能經(jīng)受風(fēng)沙的侵襲。在這里，特別是春秋天，經(jīng)常起沙塵暴，狂風(fēng)卷積著黃沙肆虐橫行，刮起來幾十米就看不清東西。
（4）油田大部處于鹽堿地，腐蝕性比較強(qiáng)。變頻器內(nèi)的元器件要能經(jīng)受鹽堿性氣候的影響，防止生銹，造成接觸不良而出現(xiàn)故障。

2采取的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)這些情況，筆者對(duì)變頻器作了很多防護(hù)措施，保證其可靠的運(yùn)行:
（1）對(duì)野外工作的設(shè)備，作專門的鐵皮房加以防護(hù)。鐵皮房作成兩層的，中間加保溫材料。夏季防熱，冬季保溫，防止變頻器因溫差過大而結(jié)霜、凝露。
（2）對(duì)變頻器的冷卻風(fēng)扇采用溫控儀控制，在溫度低于設(shè)定溫度時(shí)停止運(yùn)行，既防止了低溫下風(fēng)扇冷卻造成的溫度下降，又延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
（3）對(duì)鹽堿地腐蝕性較強(qiáng)的問題，采取噴涂絕緣清漆的方法，使接線端子與外界腐蝕性氣體隔絕，防止氧化、生銹，造成接觸不良而工作不穩(wěn)定。
（4）針對(duì)1140V電壓等級(jí)，采用三電平控制方式，改善了輸出波形，對(duì)保護(hù)電機(jī)絕緣很有利，同時(shí)也降低了主電路成本。

3中壓三電平變頻器的工作原理及特點(diǎn)

3.1變頻器的調(diào)速原理
由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式告訴我們:
n=60f（1－s）/p
式中，n－電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;
　F－供電頻率;
　P－電機(jī)的極對(duì)數(shù);
　S－電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。
在該式中，若保持p（極對(duì)數(shù)）、s（轉(zhuǎn)差率）不變，平滑的改變電機(jī)的供電頻率f，則電機(jī)轉(zhuǎn)速n=kf（k為比例系數(shù)），即可得到平滑的改變，這就是變頻調(diào)速的工作原理。
3.2中壓三電平電路
由于現(xiàn)場(chǎng)工作電壓比較高，為中壓1140V,采用普通的變頻器顯然不合適，而采用高壓模塊，代價(jià)又較高，且對(duì)于高壓電機(jī)而言，良好的波形，對(duì)其絕緣及耐壓都是必須的，普通的兩電平電路顯然不能適應(yīng)這一要求。
為了適應(yīng)電壓等級(jí)及負(fù)載的要求，采用了三電平電路或稱中點(diǎn)箝位電路，如圖1所示。

圖1三電平變頻器主電路圖
其中主電路每相接有四只IGBT，串聯(lián)承擔(dān)全部的電壓，三相交流電壓經(jīng)全波整流后變成直流電壓，由單片機(jī)控制四只IGBT的導(dǎo)通與截止，形成SPWM的交變輸出。為抑制IGBT交變過程中的電壓突變，采用了中點(diǎn)箝位電路，有兩只快恢復(fù)二極管串聯(lián)組成箝位二極管，其中心點(diǎn)與濾波電容的中心點(diǎn)相連接，組成本電路的中心點(diǎn)（三電平的中心電平）。其輸出波形如圖2所示。

圖2三電平波形圖
從圖2中可看出，相電壓為三電平，線電壓為五電平，因此它不但能輸出較高的電壓，而且能降低輸出諧波和電壓變化率（dv/dt），良好的波形正是本電路的特色。
3.3輸入電壓的穩(wěn)定
在變頻器的主控板上，有一個(gè)給單片機(jī)供電的電源，從電網(wǎng)中取得電壓經(jīng)變壓器變壓后，經(jīng)整流、濾波后得到直流電壓，以U0表示，該電壓正比于電網(wǎng)電壓，在此裝有一個(gè)分壓器，其電壓Ut正比于U0，將Ut值送單片機(jī)處理，令U0的額定值對(duì)應(yīng)的Ut值為1，電網(wǎng)向上波動(dòng)時(shí)，Ut>1,電網(wǎng)向下波動(dòng)時(shí)，Ut<1,CPU在計(jì)算PWM波的脈寬時(shí)，要乘上因子1/Ut,這就達(dá)到了穩(wěn)定輸入電壓的目的。設(shè)備在油田的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng) 10時(shí)，電機(jī)側(cè)測(cè)不到電壓的波動(dòng)，說明Ut補(bǔ)償效果明顯。
3.4性能特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合
（1）性能特點(diǎn)
主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合理、先進(jìn)，主電路采用的是三電平結(jié)構(gòu)，用低壓器件就可實(shí)現(xiàn)中壓逆變，可靠性高;
輸出波形好，相對(duì)兩電平電路而言，由于輸出電平多，輸出側(cè)又接有LC低通濾波器，所以dv/dt小，電機(jī)運(yùn)行無噪音、相對(duì)無振動(dòng)，普通電機(jī)就能使用，且不必降額;
對(duì)電網(wǎng)側(cè)的電壓波動(dòng)有良好的穩(wěn)壓作用;
啟動(dòng)電壓可以補(bǔ)償。若輸出端接有長(zhǎng)電纜，電纜上的電壓損耗可得到最佳的補(bǔ)償;
內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器，可開/閉環(huán)運(yùn)行;
柜內(nèi)設(shè)有工頻/變頻切換控制開關(guān)，二者之間有互鎖功能。
（2）適用場(chǎng)合
本型號(hào)主要為泵類、風(fēng)機(jī)類負(fù)載而設(shè)計(jì)，節(jié)能效果明顯。其典型應(yīng)用場(chǎng)合如:油