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不銹鋼潛水電泵系統中的電壓反射現象的探討

新聞來源:  添加時間:2019/6/10 10:41:59  瀏覽次數:

一般情況下,潛水電泵系統工作在一恒定轉速,潛水泵的排量是通過水嘴來人工調節,這樣就必然增加管路損失,并且調節范圍也不大。可是在某些特殊情況下,如水井參數不明確,或是水井在產水過程中,排量下降很快等,就需要潛水電泵的排量,揚程可調。而在潛水電泵系統中加人變頻裝置,就可以滿足這樣的要求。

通過變頻器改變了電源的頻率。電機的轉速是隨著頻率正比變化的。而潛水泵的排量是與電機的轉速成正比的,揚成量與電機成反比的。

變頻器中的關鍵部分為逆變器。對此ICBT等器件,有Z―lOKHz的開關頻率,可以顯著改善PWM逆變器的性能。但PWM逆變器輸出的脈沖在很短的時間內電壓快速上升,會反過來影響電動機,產生如高頻漏電流,軸電壓,軸承電流以及軸承損壞等問題。在潛水電泵系統中,地面與井下電機之間需要很長的電纜,PWM逆變器的輸出脈沖經過長線電纜傳至電動機,會產生電壓反射現象,使電機端的電壓近似加倍,從而造成電動機的絕緣損壞。

二、電壓反射現象的分析采用長線電纜時,逆變器和電動機之間傳輸的PWM脈沖與傳輸線上行波的情況類似。PWM脈沖作為正向行波(入射波),由逆變器傳向電動機,在電動機端反射后產生反向行波(反射波)傳向逆變器,傳至逆變器輸出端后的反射波產生第二個人射波等等。為了更好地理解逆變器與電動機之間長線電纜的行波重復反射現象,首先討論PWM脈沖的一個反射過程。這里假定PWM脈沖的dv/dt無窮大。

由于篼頻時電動機阻抗很大,可以認為開路,當開關器件接通后人射波的電壓和電流同時向電動機傳輸,二者波形相同,幅值不同。當入射波到達傳輸線終端后將產生反射。傳輸線開路時的電流在任何時刻都為零,因此反射波電流幅值應與人射波的相同,但符號相反而入射電壓形成一個正電壓的反射波,向逆變器傳輸去源端。反射波與人射波相同。使電動機端電壓加倍。在反射波到達源端之前。傳輸線的電壓為2U.但是,在源端逆變器的輸出電壓為U,則應有一個電壓為U的負反射波,由逆變器向電動機傳輸。該電壓行波也必須與一電流相伴傳輸。由于傳輸方向為正向,電流的符號與電壓的相同。即為-I,這第一個人射波很快到達終端,并也被反射。第二個人射波電流為負值,由于電流在開路時應力零。則第二個反射波的電流為正值,即為I.該正電流必與一負電壓相伴向逆變器傳輸。第三個人射波的情況與第一個人射波相同,無須繼續探討。

2PWM脈沖上升時間的影響,根據行波傳輸理三、用于消除PWM逆變器驅動交流電動機長線電纜影響的濾波技術。

為了消除PWM變頻器驅動的交流電動機長線電纜傳輸所產生的影響,如過電壓,電壓反射,高頻阻尼振蕩以及所引起的絕緣損壞等問題。一般采用無源濾波技術來解決這些問題。這種濾波器有時接在電動機端,稱為電動機端濾波,有的接在逆變器的輸出端,稱為逆變器輸出濾波。

在潛水電泵系統中。電動機的端子無法接近,無法在電動機端進行濾波。此時逆變器的輸出端進行濾波。此時在逆變器的輸出端進行濾波更為方便。設計此類濾波器有二種思路。

一是采用反射波理論,而是把長電纜線等較為集中電感和集中電容將濾波器接在逆變器的輸出端。與電纜線串聯,此類為LR并聯型濾波。

另一種思路為增加逆變器輸出PWM脈沖的上升時間使其超過臨界值,可以使反射現象引起的過電壓顯著減小。根據這一原理得出二階低通逆變器輸出濾波器的結構。該濾波器接在逆變器輸出端,可有效減少逆變器輸出脈沖的dv/dt,從而減小電動機端的過電壓及阻尼振蕩。

這種濾波器可減小逆變器輸出線電壓的dv八It(即差模dvdt)從而減輕電壓反射現象,降低電動機的絕緣壓力。目前這種逆變器輸出濾波器為使線電壓接近正弦波,Lf和Cf的值會過大,而且不能降低共模dv/dt,即對電動機軸承漏電流,軸電壓無抑制作用。

在二階LRC低通濾波器的基礎上把星形連接電阻電容的中性點與逆變器直流母性電壓中點接在一起。這種逆變器輸出濾波器結構有很多優點,它在第六個開關瞬時者可對稱地減小逆變器輸出dv/dt,其參數的確定方法與二階低通逆變器輸出濾波器相同。通過合理的參數設計,該濾波器可與逆變器安裝在同一機殼內,并允許在逆變器和電動機之間使用長線電纜。采用該濾波器可使電動機端的過電壓對地漏電流以及感應的軸電壓顯著減小。由于―個濾波器可同時解決共模和差模dV/dt問題,所以該濾波器的尺寸損耗以及成本都較低。只是與前一種濾波器相比損耗稍大。當然我們可以把電感設計成可調的,使該濾波器的調頻率能夠自動跟隨逆變器的開關頻率。由于其電感值可變,能自動跟蹤開關頻率,使其更具有通用性。但這種濾波器適應頻率測量。

由IcBT等快速通斷。篼開關頻率電力電子器件組成的PWM逆變器驅動的交流電動機。在采用長線電纜傳輸時,會發生一系列問題,如篼的共模dV/dt,產生的對地漏電流感應的軸電壓以及軸承電流,電壓反射引起電動機端過電壓篼頻阻尼振蕩等,采用一定的濾波技術可有效地消除這些現象。熱水潛水泵

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