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 电器技术问题解答 => 潜水电泵电压反射现象探讨  
发布日期:[2017-5-3]    共阅[1682]次
    一般情况下,潜水电泵系统工作在一恒定转速,潜水泵的排量是
通过水嘴来人工调节,这样就必然增加管路损失,并且调节范围
也不大。可是在某些特殊情况下,如水井参数不明确,或是水井
在产水过程中,排量下降很快等,就需要潜水电泵的排量,扬程
可调。而在潜水电泵系统中加人变频装置,就可以满足这样的要
求。

  通过变频器改变了电源的频率。电机的转速是随着频率正比
变化的。而潜水泵的排量是与电机的转速成正比的,扬成量与电
机成反比的。

  变频器中的关键部分为逆变器。对此ICBT等器件,有
Z―lOKHz的开关频率,可以显着改善PWM逆变器的性能。但PWM逆
变器输出的脉冲在很短的时间内电压快速上升,会反过来影响电
动机,产生如高频漏电流,轴电压,轴承电流以及轴承损坏等问
题。在潜水电泵系统中,地面与井下电机之间需要很长的电缆,
PWM逆变器的输出脉冲经过长线电缆传至电动机,会产生电压反射
现象,使电机端的电压近似加倍,从而造成电动机的绝缘损坏。

  二、电压反射现象的分析采用长线电缆时,逆变器和电动机
之间传输的PWM脉冲与传输线上行波的情况类似。PWM脉冲作为正
向行波(入射波),由逆变器传向电动机,在电动机端反射后产
生反向行波(反射波)传向逆变器,传至逆变器输出端后的反射
波产生第二个人射波等等。为了更好地理解逆变器与电动机之间
长线电缆的行波重复反射现象,首先讨论PWM脉冲的一个反射过
程。这里假定PWM脉冲的dv/dt无穷大。

  由于篼频时电动机阻抗很大,可以认为开路,当开关器件接
通后人射波的电压和电流同时向电动机传输,二者波形相同,幅
值不同。当入射波到达传输线终端后将产生反射。传输线开路时
的电流在任何时刻都为零,因此反射波电流幅值应与人射波的相
同,但符号相反而入射电压形成一个正电压的反射波,向逆变器
传输去源端。反射波与人射波相同。使电动机端电压加倍。在反
射波到达源端之前。传输线的电压为2U.但是,在源端逆变器的输
出电压为U,则应有一个电压为U的负反射波,由逆变器向电动机
传输。该电压行波也必须与一电流相伴传输。由于传输方向为正
向,电流的符号与电压的相同。即为-I,这第一个人射波很快到
达终端,并也被反射。第二个人射波电流为负值,由于电流在开
路时应力零。则第二个反射波的电流为正值,即为I.该正电流必
与一负电压相伴向逆变器传输。第三个人射波的情况与第一个人
射波相同,无须继续探讨。

  2PWM脉冲上升时间的影响,根据行波传输理三、用于消除PWM
逆变器驱动交流电动机长线电缆影响的滤波技术。

  为了消除PWM变频器驱动的交流电动机长线电缆传输所产生的
影响,如过电压,电压反射,高频阻尼振荡以及所引起的绝缘损
坏等问题。一般采用无源滤波技术来解决这些问题。这种滤波器
有时接在电动机端,称为电动机端滤波,有的接在逆变器的输出
端,称为逆变器输出滤波。

  在潜水电泵系统中。电动机的端子无法接近,无法在电动机
端进行滤波。此时逆变器的输出端进行滤波。此时在逆变器的输
出端进行滤波更为方便。设计此类滤波器有二种思路。

  一是采用反射波理论,而是把长电缆线等较为集中电感和集
中电容将滤波器接在逆变器的输出端。与电缆线串联,此类为LR
并联型滤波。

  另一种思路为增加逆变器输出PWM脉冲的上升时间使其超过临
界值,可以使反射现象引起的过电压显着减小。根据这一原理得
出二阶低通逆变器输出滤波器的结构。该滤波器接在逆变器输出
端,可有效减少逆变器输出脉冲的dv/dt,从而减小电动机端的过
电压及阻尼振荡。

  这种滤波器可减小逆变器输出线电压的dv八It(即差模
dvdt)从而减轻电压反射现象,降低电动机的绝缘压力。目前这
种逆变器输出滤波器为使线电压接近正弦波,Lf和Cf的值会过
大,而且不能降低共模dv/dt,即对电动机轴承漏电流,轴电压无
抑制作用。

  在二阶LRC低通滤波器的基础上把星形连接电阻电容的中性点
与逆变器直流母性电压中点接在一起。这种逆变器输出滤波器结
构有很多优点,它在第六个开关瞬时者可对称地减小逆变器输出
dv/dt,其参数的确定方法与二阶低通逆变器输出滤波器相同。通
过合理的参数设计,该滤波器可与逆变器安装在同一机壳内,并
允许在逆变器和电动机之间使用长线电缆。采用该滤波器可使电
动机端的过电压对地漏电流以及感应的轴电压显着减小。由于―
个滤波器可同时解决共模和差模dV/dt问题,所以该滤波器的尺寸
损耗以及成本都较低。只是与前一种滤波器相比损耗稍大。当然
我们可以把电感设计成可调的,使该滤波器的调频率能够自动跟
随逆变器的开关频率。由于其电感值可变,能自动跟踪开关频
率,使其更具有通用性。但这种滤波器适应频率测量。

  由IcBT等快速通断。篼开关频率电力电子器件组成的PWM逆变
器驱动的交流电动机。在采用长线电缆传输时,会发生一系列问
题,如篼的共模dV/dt,产生的对地漏电流感应的轴电压以及轴承
电流,电压反射引起电动机端过电压篼频阻尼振荡等,采用一定
的滤波技术可有效地消除这些现象。

 
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