抑制變頻器中的微浪涌電壓方法

　　輸出濾波器的工作原理如圖11所示。微浪涌電壓是變頻器輸出脈沖上升時(shí)間出現(xiàn)的dv/dt 過大所引起，又由于阻抗不匹配被反射而發(fā)生。因此輸出電路使用濾波器，用于抑制dv/dt，也就是抑制了高頻成分因阻抗不匹配而造成的微浪涌。所以輸出濾波器是dv/dt抑制型濾器，這種濾波器在變頻器的調(diào)制頻率為15kHz、接線長(zhǎng)度為400m時(shí)，能做出微浪涌電壓1000V以下的性能非常優(yōu)良的產(chǎn)品。不過，這種方式的濾波器為了讓逆變器的輸出電流通過電抗器，不得不做成大容量，造成濾波器的大型化、高價(jià)格化、大重量，有的達(dá)到50kg以上，給用戶造成了實(shí)際負(fù)擔(dān)。

　　3.1.2 抑制效果

　　圖12顯示了供電電源440V，功率為3.7kW的變頻器供電給電機(jī)(3.7kW，400V)，在接線長(zhǎng)度為100m時(shí)、測(cè)量電機(jī)接線端子U-V 之間的微浪涌電壓的抑制效果。在沒有輸出濾波器的情況下，微浪涌電壓達(dá)到1360V，相當(dāng)于變頻器內(nèi)部直流電壓680V的200%。有輸出濾波器的時(shí)候，頂峰值電壓是756V、相當(dāng)于變頻器器內(nèi)部的直流電壓680V的111%，它和沒有輸出濾波器的頂峰電壓差距有604V，抑制效果達(dá)89%。

　　3.2 浪涌抑制組件

　　圖13所示為浪涌抑制組件的外觀。和輸出濾波器相比，浪涌抑制組件是小型化的產(chǎn)品。其技術(shù)指標(biāo)為相間的微浪涌電壓1000V以下，防護(hù)等級(jí)為IP20。浪涌抑制組件是對(duì)變頻器的容量不需要選擇，而接線距離需要選擇的產(chǎn)品。另外，接線方法非常簡(jiǎn)單，只需要把浪涌抑制組件的輸入電纜接到電機(jī)接線端子U、V、W上。

　　3.2.1 工作原理

　　浪涌抑制組件的工作原理如圖14所示。浪涌抑制組件內(nèi)部卷繞的浪涌抑制線具有和電纜線的阻抗ZL相同的阻抗，因此接到電機(jī)的接線端子上降低了電機(jī)接線端子的阻抗，從而減少了阻抗不匹配時(shí)的反射波。通常高頻波成分在電纜線上的阻抗ZL是50耀100贅，設(shè)計(jì)的浪涌抑制線的阻抗ZS是50~60歐。

浪涌抑制線的斷面圖如圖14所示。浪涌抑制線用直徑1.2mm的線做成，內(nèi)部的銅線外表進(jìn)行高電阻率材料電鍍，又用高介電常數(shù)材料作絕緣體覆蓋，外表是屏蔽保護(hù)的同軸電纜線。銅線和高電阻鍍層的芯線和屏蔽線間的分布電容，降低了高頻阻抗，因而吸收了浪涌。使用這種浪涌抑制線的產(chǎn)品，除浪涌抑制組件以外，還有浪涌抑制電纜，是在變頻器的主電流通過的電纜線內(nèi)部平行安置了浪涌抑制線，它的截面圖和連接方法如圖15所示。

　　3.2.2 浪涌抑制組件的特點(diǎn)

　　只需接到電機(jī)接線端子，即可大幅度減低浪涌電壓;

　　在使用PWM變頻器的時(shí)候，相間電壓可控制到1000V以下;

　　不需要追加施工，對(duì)已經(jīng)安裝運(yùn)行的設(shè)備，設(shè)置容易;

　　與變頻器容量沒有關(guān)系，都可適用(但是，超過75kW 的電機(jī)需對(duì)應(yīng)設(shè)置);

　　需配合變頻器和電機(jī)之間的接線電纜長(zhǎng)度，規(guī)格有50m和100m兩種;

　　適應(yīng)于RoHS指令;

　　與輸出濾波器相比，小型化、輕量化。

　　3.2.3 從傳輸線理論得出的浪涌抑制原理

　　根據(jù)傳輸線理論，浪涌抑制使用了浪涌吸收、浪涌減衰、浪涌抑制線的反射降低的方法。

　　浪涌吸收浪涌是高頻波成分，低阻抗的浪涌抑制線接在電機(jī)接線端子上，讓浪涌電流流到抑制線里面去，如圖16所示。

　　浪涌減衰浪涌電流是高頻波成分，根據(jù)集膚效應(yīng)，浪涌電流集中在導(dǎo)線外表面，因?qū)Ь€外表鍍高電阻率材料鍍層，故浪涌電流的能量在電阻上被消耗了，如圖17所示。

　　浪涌抑制線的反射降低浪涌電流的高頻分量在浪涌抑制線內(nèi)被旁路和衰減，使浪涌形狀變鈍，浪涌頻帶中心向低頻方向移動(dòng)。又從浪涌電流來看，好像浪涌抑制線的特性阻抗逐漸變高了，使得抑制線末端不易被反射回來。如圖18所示。

　3.2.4 抑制效果

　　圖19是變頻器的電源電壓為400V，3.7kW的電機(jī)、接線長(zhǎng)度50m，和75kW的電機(jī)、接線長(zhǎng)度100m時(shí)抑制微浪涌電壓的效果。對(duì)于3.7kW的電機(jī)，當(dāng)沒有浪涌抑制組件時(shí)，微浪涌電壓為1036V，相當(dāng)于變頻器內(nèi)部的直流電壓540V的192%;當(dāng)加了浪涌抑制組件時(shí)，50m電纜的峰值電壓為733V，相當(dāng)于變頻器內(nèi)部的直流電壓540V的136%。電壓尖峰差距303V，有61%的抑制效果。對(duì)于75kW的電機(jī)，當(dāng)沒有浪涌抑制組件時(shí)，微浪涌電壓為1040V，相當(dāng)于變頻器內(nèi)部直流電壓520V的200%;當(dāng)加了浪涌抑制組件時(shí)，電纜的峰值電壓為785V，相當(dāng)于變頻器內(nèi)部直流電壓520V得151%。電壓尖峰差距255V，有49%的抑制效果。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)實(shí)際應(yīng)用變頻器時(shí)，產(chǎn)生的微浪涌現(xiàn)象對(duì)電機(jī)的危害，介紹了微浪涌抑制技術(shù)及其原理，以實(shí)例對(duì)比了不同抑制器的抑制效果，以期引起變頻器生產(chǎn)廠家和用戶對(duì)這一問題的關(guān)注。