变频运行的潜水电泵系统中的电压反射现象的探讨

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，可以显著改善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著减小。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著减小。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。潜油电泵