微浪涌電壓的發(fā)生機理及實例資料下載

??0 引言 ? ??隨著世界性的環(huán)境保護意識的提高和節(jié)能要求的迅速發(fā)展，特別是在工業(yè)用電機控制中，以電力半導(dǎo)體組件組裝的變頻器正成為應(yīng)用的主流。 ??但當(dāng)變頻器和電機之間的接線距離很長時，電機接線端因變頻器的高速開關(guān)過程引起的微浪涌電壓，給電機的絕緣帶來影響，造成電機損傷。這里把浪涌稱為微浪涌是為了區(qū)別于雷電等突發(fā)的強大浪涌，微浪涌從示波器上看是密集的、連續(xù)存在的、很窄的尖峰電壓。 ??本文對微浪涌電壓的發(fā)生機理及其對電機的影響作了分析，介紹了抑制微浪涌電壓的技術(shù)，以及最近出現(xiàn)的衰減微浪涌電壓的產(chǎn)品和采用細(xì)線徑傳輸為特征的微浪涌抑制組件的工作原理等。 ? ??1 微浪涌電壓的發(fā)生機理 ? ??1.1 變頻器的輸出電壓波形 ??變頻器主要由把交流市電整流成直流的整流器、平滑電壓脈動的電容器、6 個開關(guān)器件構(gòu)成的逆變器所組成。如圖1 所示，逆變器部分輸出由改變脈沖寬度（PWM 波）形成的等效正弦波交流電壓去驅(qū)動電機。近幾年的變頻器為了使電機低噪音化，逆變部分的開關(guān)器件采用IGBT進行著高速開關(guān)動作。因此，在PWM 波的每個脈沖上升和下降時，即開關(guān)時間以非常短的時間駐t=0.1~0.3 滋s切換著的時候，使逆變器內(nèi)部的直流電壓Ed（400 V電力系統(tǒng)用逆變器的Ed=600 V左右）因切換所形成的電壓變化率dv/dt變得很大，這是產(chǎn)生微浪涌的主要根源之一。 ??1.2 微浪涌電壓 ??微浪涌電壓是變頻器和電機之間的接線長度很長時，在電機接線端產(chǎn)生的極細(xì)的尖峰浪涌電壓。如圖2所示，逆變器的輸出電壓是脈沖狀，在電機接線端子上發(fā)現(xiàn)在脈沖狀的波形上又疊加了微浪涌電壓尖峰。一般情況下，微浪涌電壓的尖峰值將會是逆變器內(nèi)部的直流電壓的2 倍。 ??1.3 阻抗不匹配形成的反射 ??變頻器的輸出脈沖上升或下降時間很短，是疊加在變頻器輸出給電機的驅(qū)動頻率（基波）及脈沖調(diào)制頻率（調(diào)制波）之外的高頻成分。一般情況下，變頻器與電機連接電纜的阻抗ZL是50~100 贅，而電機本身的阻抗ZM，一般數(shù)百kW的電機也都超過1 k贅，是電纜阻抗的10 倍以上。這樣，在電機的接線端子上將發(fā)生阻抗的不匹配現(xiàn)象，造成高頻波成分的反射。在不匹配阻抗連接處的反射系數(shù)M為 ?? ??變器的輸出脈沖同一極性、幾乎同一大小的反射波，疊加后成為微浪涌尖峰電壓。圖3 形象地表示了反射的情況，微浪涌電壓就像海浪遇到障礙一樣被抬得很高。圖4 表示實際電纜和電機的阻抗差別，一般電機的阻抗是電纜特性阻抗的10 倍以上，所以反射總是存在。 ? ?? ?? ?? ? ??1.4 微浪涌發(fā)生的實例 ??某一變頻器和電機額定值都是AC 400 V輸入、功率3.7 kW，運行電網(wǎng)電壓AC 460 V，輸電電纜長度50 m?？蛰d條件下，測量出變頻器內(nèi)部直流中間電壓為620 V，用示波器看到的電機接線端子上的微浪涌波形如圖緣所示，圖中，微浪涌電壓值高達(dá)直流1 250 V，這對電機絕緣產(chǎn)生破壞并加速其老化。 ? ?? ? ??測量變頻器與電機間不同布線電纜長度時的微浪涌電壓如圖6 所示，這是在IGBT 調(diào)制頻率2 kHz，脈沖上升時間駐t=0.1 滋s 的常見條件下的測量值，可以看到電纜長度超過100 m后，微浪涌電壓保持在變頻器內(nèi)部直流電壓2 倍的水平不變。而電纜長度超過20 m就要重視微浪涌電壓可能已經(jīng)超過變頻器內(nèi)部直流電壓1.8 倍的情況。 ? ?? ? ??2 微浪涌電壓對電機的影響 ? ??電機內(nèi)部的斷面如圖7 所示。電機有定子和轉(zhuǎn)子，定子內(nèi)有安放三相線圈的槽。如果放大槽的內(nèi)部，可以看到有許多的線圈（漆包線），各線圈對地之間、各相之間、線匝相互之間都有絕緣存在。通常對地、相間都有絕緣紙插入，而線匝之間沒有絕緣紙插入，它利用堅固的漆包線的漆層獲得絕緣。微浪涌電壓給這些絕緣全部帶來影響，這些絕緣損壞之中，線圈匝間損壞最多。表1 列出了有關(guān)電機內(nèi)部各絕緣部分承受的電壓值，也稱為電壓應(yīng)力，提供了用市電電源驅(qū)動電機和用變頻器驅(qū)動時相比較的資料。 ? ?? ?? ? ??2.1 對線圈匝間的絕緣破壞