[发明专利]用于直驱泥浆泵的开绕组永磁电机驱动系统

说明书

本发明提供一种用于直驱泥浆泵的开绕组永磁电机驱动系统，包括：变压器，变压器与电网连接；第一变换单元与变压器连接；第二变换单元与变压器连接；开绕组永磁电机，开绕组永磁电机的两端分别与第一变换单元及第二变换单元连接。本发明的有益效果如下：将永磁同步电机的中性点打开，形成一个具有双端口的开绕组结构，并将这种开绕组永磁同步电机作为直驱泥浆泵的驱动电机，不需要电动机弱磁调速，具有很好的启动特性；第一机侧变换器和第二机侧变换器单独供电，避免了产生零序电流；采用双边电源供电的三电平拓扑，输出电压等效为五电平，电流谐波含量与两电平、三电平相比明显减少，输出波形更接近于正弦波，提高调速系统的可靠性。

技术领域

本发明属于大功率交流调速领域，特别涉及一种用于直驱泥浆泵的开绕组永磁电机驱动系统。

背景技术

直驱泥浆泵不仅缩短了底座长度，还省掉了传动轮和传动带保护罩，降低了泵组的体积和质量，免去了易耗件传动带的更换及松紧度调整等一系列问题，在钻井平台上有很大的意义。泥浆泵不会用到等功或降功区，也不需要电动机弱磁调速，因此采用永磁同步电机进行直驱很适合。永磁同步电机与异步电机相比，不需要无功励磁电流，具有高效率、体积小、重量轻、高功率密度、调速范围宽、运行可靠、可维护性好等优点，对于石油钻机来说，在直驱泵上应用比较合适。现有的拓扑是两台变换器共用一个单电源供电，容易产生较大的零序电流，需要添加零序电抗器加以抑制。另外，大多数的变换器采用两电平拓扑。在高压大功率调速领域，针对两电平变换器的不足，须采用三电平、五电平、甚至更多电平来提高输出电压。三电平变换具有开关损耗小、开关器件开关频率低、输出波形谐波含量少等优点。直流泥浆泵用开绕组永磁电机驱动系统中采用双边电源供电三电平变换器，可等效为一个五电平，能够提高电机定子电流的正弦度，获得高性能的调速系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出了一种解决上述技术问题的用于直驱泥浆泵的开绕组永磁电机驱动系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于直驱泥浆泵的开绕组永磁电机驱动系统，包括：变压器，所述变压器与电网连接；第一变换单元，所述第一变换单元与所述变压器连接；第二变换单元，所述第二变换单元与所述变压器连接；开绕组永磁电机，所述开绕组永磁电机的两端分别与所述第一变换单元及所述第二变换单元连接。

优选地，所述第一变换单元包括：第一网侧变换器，所述第一网侧变换器与所述变压器连接；第一机侧变换器，所述第一机侧变换器分别与所述第一网侧变换器及所述开绕组永磁电机的一端连接。

优选地，在所述第一网侧变换器及所述第一机侧变换器之间连接有第一电容组。

优选地，所述第二变换单元包括：第二网侧变换器，所述第二网侧变换器与所述变压器连接；第二机侧变换器，所述第二机侧变换器分别与所述第二网侧变换器及所述开绕组永磁电机的二端连接。

优选地，在所述第二网侧变换器及所述第二机侧变换器之间连接有第二电容组。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)将永磁同步电机的中性点打开，形成一个具有双端口的开绕组结构，并将这种开绕组永磁同步电机作为直驱泥浆泵的驱动电机，不需要电动机弱磁调速，具有很好的启动特性；

2)采用第一机侧变换器和第二机侧变换器分别连接开绕组永磁同步电机的两端，提高系统的稳定性，减少维修工作量，减低故障率，降低运行费用；

3)第一网侧变换器和第二网侧变换器采用NPC三电平拓扑，起到整流作用，为第一机侧变换器和第二机侧变换器提供直流电；

4)第一机侧变换器和第二机侧变换器单独供电，避免了产生零序电流；

5)采用双边电源供电的三电平拓扑，输出电压等效为五电平，电流谐波含量与两电平、三电平相比明显减少，输出波形更接近于正弦波，提高调速系统的可靠性。