变频器的微浪涌电压抑制技术
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通过对变频器和电抗器的学习,现在我对变频器前端为何要加电抗器,或者说是在变频器前端加电抗器有什么好处,有了一定的了解:首先,众所周知的是变频器主要有三个功能:(1)调速,节能。
(2)软启动。
(3)保护。
当然,变频器的这三项基本功能都是针对电机而言的,本来变频器就是用来为负载中的电机服务的。
那么,我的电抗器对变频器的好处阐述也是从变频器的这三项功能展开的。
一、保护电子元件不受电网扰动的影响,同时又保护电网不受驱动器的扰动影响。
这是因为,在现实中的整流桥采用的都是一些非线性的元件,比如说二极管,这样会使交流侧的电流产生畸变,所以增加电抗器可以改善交流侧的电流波形。
也就是说变频器前端加电抗器主要就是针对交流侧的,也就是通常说的输入电抗器。
输入侧加电抗器是增加了电流的阻抗,降低由变频器产生的谐波分量,并能吸收浪涌电压和主电源的电压峰值,故而,输入侧加电抗器既能阻止来自电网的干扰,同时又能减少整流桥产生的谐波电流对电网的污染。
二、防止高浪涌电流,减小输入元件的瞬态负载。
这是针对变频器的软启动功能而言的。
这是因为,电机在实践操纵应用中一般是降压启动或者是全压启动的,这些启动方式在启动的时候都需要非常大的电压电流,会对电网产生一定冲击,也会对设备产生不利,而且大的启动电流势必会消耗大的电能,这仅仅是用于启动的。
所以变频器的软启动功能此时就发挥了优点,启动不仅只需要很小的电流就可以,而且也减少了对电网和设备的冲击。
但问题是此时的变频器必然会承受一定的浪涌电流电压。
那么进线端的电抗器就可以用爱限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击,平滑电源电压中包含的尖峰脉冲,或者平滑整流桥中的电压缺陷。
三、保护需要。
这一点就很像变频器对设备的保护,那么变频器前端加入电抗器就是对驱动器的电子元件保护,这样就能大大提高变频驱动的使用寿命和它的工作效率。
变频器在使用过程中,经常会受到浪涌电流电压的冲击,所以在变频器前端加入电抗器用来抑制浪涌电压和浪涌电流,保护变频器,延长使用寿命。
...变频器专用滤波器功用说明变频专用输入 EMC 滤波器属于 RFI 滤波器,用于降低EMC 干扰,用于主电源侧,切断电网与变频器之间的干扰通道。
变频器专用输入 EMC 滤波器也称为输入滤波器、进线滤波器,是变频器专用滤波器的一种,其作用主要包括以下几个方面:(1 〕抑制变频器产生的高次谐波变频器在整流过程中,就相当于一个高速开关,因此,会产生大量的高次谐波,这些高次谐波,会随着电源的流动,被带入电网,进而导致了使用同一电网的敏感设备受到干扰。
〔 2 〕防止变频器被干扰变频器是个干扰源,也是个受扰源,或者是叫敏感设备。
如果电网中的谐波频率过高、谐波含量过大的情况下,变频器就会发出过压、过流、过载等误报警。
〔 3 〕提高系统功率因数变频器输入 EMC 滤波器,具有一定的补偿功能,可以提高整个工控自动化系统的功率因数,具有一定的节能成效。
(4 〕缓解三相不平衡如果变频器的输入端三相不平衡,严重的情况下,就会导致变频器无法正常工作,加上变频器输入滤波器之后,可以有效缓解这一问题。
变频器专用输入EMC 滤波器,主要是由(L) 滤波电感、 (C) 滤波电容和 (R)电阻构成。
变频器专用输入EMC 滤波器,是利用“阻抗失配〞的原理进展工作的;一般情况下,我们默认为电源端是低阻抗的,所以,我们变频器输入滤波器的输入端是高阻抗的;而负载侧,我们默认为其是高阻抗的,而我们的变频器输入滤波器的输出端,那么是低阻抗的;正是利用这一原理,实现了对于变频器产生的高次谐波的有效抑制作用。
变频专用输出 EMC 滤波器可解决由变频器输出侧 PWM 波通过空间辐射而干扰周边敏感设备的问题;抑制变频器产生之电磁干扰,减少变频器对外界的耦合干扰。
变频器专用输出EMC 滤波器也称为变频输出滤波器、出线滤波器等。
是变频器专用滤波器的一种器等。
是变频器专用滤波器的一种,安装在变频器的输出侧与电机之间,用于减小变频器输出电流中的高次谐波层,抑制变频器的输出侧的浪涌电压。
1.输入电抗器用以抑制浪涌电压和浪涌电流,保护变频器,延长其使用寿命和防止谐波干扰,同时由于变频器采用变频的方式调速的,所以在调速的时候经常会产生高次谐波和产生波形畸变,会影响设备正常使用,为此,须在输入端加装一个进线电抗器,可以改善变频器的功率因数及抑制谐波电流,滤除谐波电压和谐波电流,改善电网质量。
2.输出电抗器用于延长变频器的有效传输距离,有效抑制变频器的IGBT模块开关时产生的瞬间高压,降低电机的噪音,降低涡流损耗,保护变频器内部的功率开关器件。
安装在变频器和电动机之间的电抗器称作输出电抗器。
输出电抗器的主要作用是降低谐波电流的不良影响。
安装输出电抗器可以减少电动机温升和噪声,抑制谐波在电动机绕组端部的电压重复峰值,降低对绕组绝缘的威胁。
降低容性电流和电压变化率dv/dt,用来补偿长导线情况下(屏蔽缆30m或非屏蔽缆100m)的电容充电电流,减小对电机的冲击。
在一些特殊场合下,变频器的输出侧需要接入输出电抗器。
主要有以下两种情况(见图):图需要接入输出电抗器的场合(1) 电动机和变频器间的距离较远因为变频器的输出电压是按载波频率变化的高频电压,输出电流中也存在着高频谐波电流。
当电动机和变频器间的距离较远时,在传输线路中,分布电感和分布电容的作用将不可小视。
可能出现的现象有:电动机侧电压升高、电动机发生振动等。
接入输出电抗器后,可以削减电压和电流中的高次谐波成分,从而缓减上述现象。
(2) 轻载的大电动机配用容量较小的变频器例如,电动机的容量为75kw,实际运行功率只有40kw。
这时,可以配用一台55kw的变频器。
但必须注意,75kw的电动机与55kw的电动机相比,其等效电感较小,故电流的峰值较大,有可能损坏55kw 的变频器。
接入输出电抗器后,可以削减输出电流的峰值,从而保护了变频器。
浪涌的原理浪涌,又称浪涌电压,是指由于电路中的电感元件或电容元件等载波元件突然断开或接通,使得电路中的电流和电压迅速变化,形成的瞬时高峰电压。
浪涌电压的产生往往会对电子设备造成损坏,因此对于电子设备的保护和设计来说,浪涌的原理是一个非常重要的问题。
浪涌的产生原因主要有两个方面,一是外部原因,如雷击、电网突然断开或接通等;二是内部原因,如电路中的开关元件突然断开或接通。
无论是外部原因还是内部原因,都会导致电路中的电流和电压迅速变化,从而形成浪涌电压。
在电子设备中,一般会采取一些措施来防止浪涌电压对设备造成损坏。
其中,最常见的方法就是使用浪涌抑制器。
浪涌抑制器是一种专门用来吸收和消耗浪涌电压能量的电子元件,它可以将浪涌电压的能量转化为热能或其他形式的能量,从而保护电子设备不受损坏。
除了浪涌抑制器之外,还有一些其他的方法可以用来防止浪涌电压对电子设备造成损坏。
比如,可以通过合理设计电路结构、选择合适的元件和材料等方式来减小浪涌电压的产生。
此外,还可以采取一些接地和屏蔽措施,以减小外部原因对电子设备的影响。
总的来说,浪涌的原理是一个涉及电路设计、电子元件选择、电磁兼容等多个方面的复杂问题。
对于电子设备的设计和保护来说,需要综合考虑各种因素,以有效防止浪涌电压对设备造成损坏。
只有深入理解浪涌的原理,才能够更好地保护电子设备,确保其正常工作和使用。
综上所述,浪涌的原理是电子设备设计和保护中的一个重要问题,需要引起足够的重视。
只有充分理解浪涌的产生原因和防护方法,才能够更好地保护电子设备,确保其正常运行。
希望本文能够为相关领域的研究和实践提供一定的参考和帮助。
变频器复习题及答案1、输出电磁滤波器安装在变频器和电动机之间,抑制变频器输出侧的浪涌电压。
变频器具有多种不同的类型:按变换环节可分为交—交型和___交-直-交________型;按改变变频器输出电压的⽅法可分为脉冲幅度调制(PAM )型和_脉冲宽度调制(PWM )___型;按⽤途可分为专⽤型变频器和___通⽤型__型变频器。
1.变频器种类很多,其中按滤波⽅式可分为电压型和电流型;按⽤途可分为通⽤型和专⽤型。
2.变频器的组成可分为主电路和控制电路。
4.变频器安装要求其正上⽅和正下⽅要避免可能阻挡进风、出风的⼤部件,四周距控制柜顶部、底部、隔板或其他部件的距离不应⼩于120mm 。
变频器按控制⽅式分类:压频⽐控制变频器( V/f )、转差频率控制变频器(SF )、⽮量控制(VC )、直接转矩控制。
变频器产⽣谐波时,由于功率较⼤,因此可视为⼀个强⼤的⼲扰源,其⼲扰途径与⼀般电磁⼲扰途径相似,分别为传导、辐射和⼆次辐射、电磁耦合、边传导边辐射等。
13.输⼊电源必须接到变频器输⼊端⼦R 、S 、T 上,电动机必须接到变频器输出端⼦U 、V 、W 上。
交-交变频根据其输出电压的波形,可以分为矩形波及正弦波型两种。
⾼(中)压变频调速系统的基本型式有直接⾼-⾼型、⾼-中型和⾼-低-⾼型等三种。
8.(:对)电压型变频器多⽤于不要求正反转或快速加减速的通⽤变频器中。
5.(错)交-交变频器的最⼤输出频率和市⽹电压频率⼀样,为50Hz 。
16.变频器的问世,使电⽓传动领域发⽣了⼀场技术⾰命,即交流调速取代直流调速。
19.SCR 是指(可控硅)。
20.GTO 是指(门极关断晶闸管)。
21.IGBT 是指(绝缘栅双极型晶体管 )。
22.IPM 是指(智能功率模块)。
53.电阻性负载的三相桥式整流电路负载电阻L R 上的平均电压O U 为()。
A .2.342UB .2UC .2.341UD .1U107.下述选项中,()不是⾼中压变频器调速系统的基本形式。
HK500-4T的说明书1、本产品是一款矢量型通用变频器产品,主要用于驱动三相交流感应电机和无传感器永磁同步电机。
其采用先进的矢量控制技术,低频输出力矩大、动态响应迅速、过载能力强,模块化的控制组件和丰富的扩展功能,可广泛应用于机床、包装、纺织、陶瓷、矿山、食品、化工、运输、木工、电线电缆等行业。
2、打开包装箱后,请确认变频器本体及附件在运输中是否有破损,零部件是否有损坏或脱落,箱内应包含您订购的机器、操作手册、产品合格证及保修单。
如有遗漏或破损,请速与供应商联系。
3、产品到货,开箱前请确认以下事项:包装是否有破损。
外包装标签上的型号、规格是否与您的订货要求一致。
4、漏电保护器RCD要求。
设备在运行中会产生大漏电流流过保护接地导体,请在电源的一次侧安装B型漏电保护器(RCD)。
在选择漏电保护器(RCD)时应考虑设备启动和运行时可能出现的瞬态和稳态对地漏电流,选择具有抑制高次谐波措施的专用RCD,或者300mA的通用RCD(IAn为保护导体电流的2-4倍)。
5、电机绝缘检查。
电机在首次使用、长时间放置后的再使用之前及定期检查时,应做电机绝缘检查,防止因电机绕组的绝缘失效而损坏变频器。
绝缘检查时一定要将电机连线从变频器分开,建议采用500V电压型兆欧表,应保证测得绝缘电阻不小于5M2。
6、电机的热保护。
若选用电机与变频器额定容量不匹配时,特别是变频器额定功率大于电机额定功率时,务必调整变频器内电机保护相关参数值或在电机前加装热继电器以对电机保护。
7、工频以上运行。
本变频器提供0Hz~650Hz的输出频率。
若客户需在50Hz以上运行时,请考虑机械装置的承受力。
8、机械装置的振动。
变频器在一些输出频率处,可能会遇到负载装置的机械共振点,可通过设置变频器内跳跃频率参数来避开。
9、关于电动机发热及噪声。
因变频器输出电压是PWM波,含有一定的谐波,因此电机的温升、噪声和振动同工频运行相比会略有增加。
10、输出侧有压敏器件或改善功率因数的电容的情况。
变频技术试题预测1、填空题电力拖动系统的组成有电动机、()、()、()。
(江南博哥)(江南博哥)解析:传动机构;生产机械;控制设备2、问答题变频器为什么要设置上限频率和下限频率?解析:防止由于操作失误使电动机转速超出应有范围,造成事故或损失。
3、填空题额定转速nN是指额定电压、额定负载和额定频率下运行时电动机的()。
解析:转速4、填空题在基频以下,变频器的输出电压随输出率的变化而变化,适合变频调速系统的();在基频以上,变频器的输出电压维持电源额定电压不变,适合变频调速系统的()。
解析:恒转矩负载特性;恒功率负载特性5、填空题逆变电路的基本形式有()逆变电路和()逆变电路。
解析:半桥;全桥6、多选异步电动机的矢量控制是建立在动态模型的基础上的。
其数学模型可以表示为以()为两个输入量,转速和磁链为两个输出变量的控制系统。
A.电压B.电流C.频率D.功率答案:A,C7、填空题变频器的控制端子中设置3个开关x1、x2、x3,用其开关状态的组合来选择频率,一共可选择()个频率档。
解析:78、单选变频器调参时的下降时间是指()。
A.电机空载运行时间B.电机停止运行所用时间C.电机启动所用时间D.电机总运行时间答案:B9、单选下述选项中,()不是高中压变频器调速系统的基本形式。
A.直接高-高型B.高-中型C.高-低-高型D.交-交变频器答案:D10、单选下列选项中不是变频器的运行方式的是()。
A.多段速度运行方式B.面板操作运行方式C.启动运行方式D.外接端子操作运行方式答案:C11、单选森兰SB40变频器控制电路端子中,REV是()。
A.正转运行命令B.反转运行命令C.点动命令D.复位命令答案:B12、判断题变频器是怕信号干扰的。
答案:对13、问答题为什么变频器的信号线、输出线采用屏蔽电缆安装?解析:防止干扰信号串入、抑制电流谐波。
14、填空题矢量控制的英文缩写是()。
解析:VC15、问答题变频器的控制电路有哪几部分组成?解析:(1)运算电路。
高压变频器的工作原理和常见故障分析摘要:由于各种因素的影响,使得变频器在使用过程中经常会出现一些故障。
为了使变频器能够安全可靠运行,必须采取相应的预防措施。
本文分析了高压变频器的工作原理,同时对高压变频器常见故障与预防措施进行论述。
关键词:高压;变频器;原理;故障;分析1变频器的优点1.1 节能效果显著为有效地确保生产过程中的可靠性,各类用于生产的机械设备在设计配套动力驱动装置时,一般都会预留出一定的富余量。
如果电动机未在满负荷的条件下运行时,除提供给动力驱动装置所需的动力外,一部分多余的力矩会造成有功功率消耗的增加,从而导致电能浪费。
传统的调速方法,即通过对出入口位置处的挡板或阀门开度进行调节,来控制风量和供水量,这样不仅输入的功率较大,而且还有很大一部分的能源消耗在挡板及阀门的截流过程中。
而采用变频器进行调速时,若是在流量要求相对较小的情况下,便可通过降低风机或水泵的转速来满足正常的运行要求,变频调速使流量降低时,输送此流量的压力也随之降低,这是一种节能的调节,压力全部用于有用的做功,大幅度减少了在挡板或阀门上的节流损失。
从而达到了节能的目的。
1.2 延长设备使用寿命采用变频器启动设备时,启动过程中对电机冲击小,降低绝缘损耗,启动时压力或风量更平稳;减少风机喘振或水泵水锤效应;低负荷运行时,机械系统运行转速降低,有效降低机械磨损;延长了设备的使用寿命,由于降低了对机械的冲击和磨损,延长了设备的使用寿命,大幅度降低了设备维护成本。
1.3 提高自动化水平变频器输出频率可以在 0 ~ 50HZ 间任意可调,频率调节范围宽,调节精度高,真正实现无极调速,易于实现网络化、自动化控制,对改善生产工艺控制、提高产品质量方面具有较好的使用效果。
1.4 减小对电网的启动冲击变频器的使用,电机实现了软启动,启动电流小,限制在额定电流以下,对电网冲击小,对电机的启动次数没有限制,能够满足需频繁启停的设备的要求,变频器投运后谐波小,减少对电网的污染。
软启动电阻的计算
设R 为变频器启动时的限流电阻启动电阻,由于变频器通电瞬间滤波电容相当于短路,因而冲击电流过大,故需加限流电阻限流,由主电路的形式可以看出,当电容充电时,限流电阻和滤波电容构成的回路是一个典型的一阶环节,其时间常数为R C τ=⨯ ,故在零初始状态下,电容上电压的响应方程式为:1t C dc U U e τ
-⎛⎫=- ⎪⎝⎭
当4t T =时,98.2%c dc U U =,故可选取充电时间为 44t RC τ==
如果要求充电时间为10t s =
则
10 2.2441100t R K C F
μ===Ω⨯ 故R 上消耗的功率为:
22
60020882200
dc R U P W R ===⨯ 所以可以选取限流电阻为2.2K 20W
选用该电阻时充电回路的瞬时最大冲击电流为 615/2200=0.3A 在允许的范围之内。
并且电阻阻值越小,充电越快,但功率要求越高,冲击电流越大。
电路中电抗器一般有两个作用:①抑制浪涌(电压、电流);②抑制谐波电流。
之老阳三干创作1. 抑制浪涌:在大功率电力电子电路中,合闸瞬间,往往发生一个很大的冲击电流(浪涌电流),浪涌电流虽然作用时间短,但峰值却很大。
比方,电弧炉、大型轧钢机,大型开关电源,UPS电源,变频器等,开机浪涌电流往往超出正常工作电流的100倍以上。
在输入侧串接电抗器,能有效的抑制这种浪涌电流。
『合闸瞬间,电抗器呈高阻态(相当于开路)』。
2. 抑制谐波电流随着电力电子技术的广泛应用,我们的电网中增加了大量的非线性负载,比方,AC-DC电源,UPS,变频器等,它们都是以开关方式工作的。
这些以开关方式工作的用电设备,往往酿成了谐波电流的发生源,“污染”电网,使电网电压波形畸变。
谐波的危害之一即是中心线过载发热燃烧。
电抗器的接入,能有效抑制谐波污染。
电力系统中所采纳的电抗器罕见的有串联电抗器和并联电抗器。
串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。
220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。
可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。
超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包含:(1)轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。
(2)改善长输电线路上的电压分布。
(3)使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率分歧理流动同时也减轻了线路上的功率损失。
(4)在大机组与系统并列时降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列。
(5)防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。
(6)当采取电抗器中性点经小电抗接地装置时,还可用小电抗器抵偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采取。
电抗器的接线分串联和并联两种方式。
串联电抗器通常起限流作用,并联电抗器经经常使用于无功抵偿。
目前主要用于无功抵偿和滤波. 1.半芯干式并联电抗器:在超高压远距离输电系统中,连接于变压器的三次线圈上。
变频器的微浪涌电压抑制技术0 引言随着世界性的环境保护意识的提高和节能要求的迅速发展,特别是在工业用电机控制中,以电力半导体组件组装的变频器正成为应用的主流。
但当变频器和电机之间的接线距离很长时,电机接线端因变频器的高速开关过程引起的微浪涌电压,给电机的绝缘带来影响,造成电机损伤。
这里把浪涌称为微浪涌是为了区别于雷电等突发的强大浪涌,微浪涌从示波器上看是密集的、连续存在的、很窄的尖峰电压。
本文对微浪涌电压的发生机理及其对电机的影响作了分析,介绍了抑制微浪涌电压的技术,以及最近出现的衰减微浪涌电压的产品和采用细线径传输为特征的微浪涌抑制组件的工作原理等。
1 微浪涌电压的发生机理1.1 变频器的输出电压波形变频器主要由把交流市电整流成直流的整流器、平滑电压脉动的电容器、6 个开关器件构成的逆变器所组成。
如图1 所示,逆变器部分输出由改变脉冲宽度(PWM 波)形成的等效正弦波交流电压去驱动电机。
近几年的变频器为了使电机低噪音化,逆变部分的开关器件采用IGBT进行着高速开关动作。
因此,在PWM 波的每个脉冲上升和下降时,即开关时间以非常短的时间驻t=0.1~0.3 滋s切换着的时候,使逆变器内部的直流电压Ed (400 V电力系统用逆变器的Ed=600 V左右)因切换所形成的电压变化率dv/dt变得很大,这是产生微浪涌的主要根源之一。
1.2 微浪涌电压微浪涌电压是变频器和电机之间的接线长度很长时,在电机接线端产生的极细的尖峰浪涌电压。
如图2所示,逆变器的输出电压是脉冲状,在电机接线端子上发现在脉冲状的波形上又叠加了微浪涌电压尖峰。
一般情况下,微浪涌电压的尖峰值将会是逆变器内部的直流电压的2 倍。
1.3 阻抗不匹配形成的反射变频器的输出脉冲上升或下降时间很短,是叠加在变频器输出给电机的驱动频率(基波)及脉冲调制频率(调制波)之外的高频成分。
一般情况下,变频器与电机连接电缆的阻抗ZL是50~100 赘,而电机本身的阻抗ZM,一般数百kW的电机也都超过1 k赘,是电缆阻抗的10 倍以上。
这样,在电机的接线端子上将发生阻抗的不匹配现象,造成高频波成分的反射。
在不匹配阻抗连接处的反射系数M为变器的输出脉冲同一极性、几乎同一大小的反射波,叠加后成为微浪涌尖峰电压。
图3 形象地表示了反射的情况,微浪涌电压就像海浪遇到障碍一样被抬得很高。
图4 表示实际电缆和电机的阻抗差别,一般电机的阻抗是电缆特性阻抗的10 倍以上,所以反射总是存在。
1.4 微浪涌发生的实例某一变频器和电机额定值都是AC 400 V输入、功率3.7 kW,运行电网电压AC 460 V,输电电缆长度50 m。
空载条件下,测量出变频器内部直流中间电压为620 V,用示波器看到的电机接线端子上的微浪涌波形如图缘所示,图中,微浪涌电压值高达直流1 250 V,这对电机绝缘产生破坏并加速其老化。
测量变频器与电机间不同布线电缆长度时的微浪涌电压如图6 所示,这是在IGBT 调制频率2 kHz,脉冲上升时间驻t=0.1 滋s 的常见条件下的测量值,可以看到电缆长度超过100 m后,微浪涌电压保持在变频器内部直流电压2 倍的水平不变。
而电缆长度超过20 m就要重视微浪涌电压可能已经超过变频器内部直流电压1.8 倍的情况。
2 微浪涌电压对电机的影响电机内部的断面如图7 所示。
电机有定子和转子,定子内有安放三相线圈的槽。
如果放大槽的内部,可以看到有许多的线圈(漆包线),各线圈对地之间、各相之间、线匝相互之间都有绝缘存在。
通常对地、相间都有绝缘纸插入,而线匝之间没有绝缘纸插入,它利用坚固的漆包线的漆层获得绝缘。
微浪涌电压给这些绝缘全部带来影响,这些绝缘损坏之中,线圈匝间损坏最多。
表1 列出了有关电机内部各绝缘部分承受的电压值,也称为电压应力,提供了用市电电源驱动电机和用变频器驱动时相比较的资料。
2.1 对线圈匝间的绝缘破坏浪涌电压渗入电机内部的时候,线圈匝间究竟加上多少电压,模拟结果如图8所示。
该模拟是将测量点放在电机的每一线圈上(电机槽内的漆包线圈上),在U-V之间加上上升时间0.14 滋s 的浪涌电压的测量的结果。
U-S1之间是第1 线圈分担的电压,测得它分担了全电压65豫耀75%,而别的线圈S1-S2、S2-S3、S3-V 之间分担了10豫耀20%,这是因为电机内部的阻抗大,微浪涌电压在逐渐衰减。
在电机的制造过程中,漆包线线圈的起头到末尾完全分离不易做到,多数情况下是乱绕的,槽里边线头和线尾可能紧挨着。
如果这样就会发生线匝之间由于微浪涌电压的电晕放电(局部放电)。
那怕放电部分时间极其短促,局部也会达到10 000益,高温使绝缘逐渐地侵蚀,过些时间之后绝缘就会被破坏。
如图9 所示为直径0.85 mm、漆皮厚33 滋m、F 级绝缘、155益漆包线的寿命特性。
寿命特性水平轴表示施加破坏脉冲次数和破坏时间;纵座标轴表示破坏电压,两条曲线分别表示漆包线在温度20益和155益两种条件下测量的结果。
寿命特性用斜率不同的两条线表示,两条线连接的地方叫做局部放电起始电压。
斜率陡险的部分,是确实发生了放电的区域,2 小时内漆包线遭到破坏。
斜率缓慢的区域极少发生局部放电。
按照这一结论,如果控制住第1 线圈局部放电起始电压,就不发生微浪涌电压的绝缘破坏。
另外,如果相间(U-V 之间)控制在1 000 V以下、上述的第1 线圈的电压分担率控制在750 V 左右,就能够确保20 年的寿命。
2.2 由于微浪涌所造成电机损坏的真实情况在日本,随着变频器的普及,电机厂家强化了电机的绝缘,多数把绝缘水平做到超过1 200 V以上。
JEMA(日本电机工业会)的技术资料显示在1989耀1993 年的5 年间,根据对电机发货台数统计的微浪涌的损坏事例在0.013% ,即非常低的概率。
不过长期使用绝缘老化的旧电机和被认为绝缘水平低的电机,绝缘破坏的危险性还是较高。
另外,根据近几年的电源的高次谐波对策和对以升降机的回生能量为目标的高功率因数电源推广应用,所设置PWM 变频器系统不断增加。
PWM变频器的回生能量为了送回市电电源,让直流中间电压上升到较高值是必要的关键,其结果是由于微浪涌电压引发绝缘破坏的可能性正在增加。
在中国和其它AC 440~380 V地区,市电电压是日本市电电压的2倍,因此,微浪涌电压的危害更加显著。
3 微浪涌的抑制技术鉴于上述原因,各变频器厂商致力于克服微浪涌问题,开发和销售各种各样对微浪涌进行抑制的产品。
3.1 输出电路用的滤波器输出电路用滤波器由输入输出接线端子、电阻、电容器、电抗器所构成,如图10 所示,其中电抗器是非常重的部件。
作为主要的指标,相间的微浪涌电压为1 000 V以下,变频器和电机之间的接线长度为400 m,产品的系列到达500 kW,防护等级为IP00。
3.1.1 工作原理输出滤波器的工作原理如图11所示。
微浪涌电压是变频器输出脉冲上升时间出现的dv/dt 过大所引起,又由于阻抗不匹配被反射而发生。
因此输出电路使用滤波器,用于抑制dv/dt,也就是抑制了高频成分因阻抗不匹配而造成的微浪涌。
所以输出滤波器是dv/dt 抑制型滤器,这种滤波器在变频器的调制频率为15 kHz、接线长度为400 m时,能做出微浪涌电压1 000 V以下的性能非常优良的产品。
不过,这种方式的滤波器为了让逆变器的输出电流通过电抗器,不得不做成大容量,造成滤波器的大型化、高价格化、大重量,有的达到50 kg以上,给用户造成了实际负担。
3.1.2 抑制效果图12 显示了供电电源440 V,功率为3.7 kW的变频器供电给电机(3.7 kW,400 V),在接线长度为100 m时、测量电机接线端子U-V 之间的微浪涌电压的抑制效果。
在没有输出滤波器的情况下,微浪涌电压达到1 360 V,相当于变频器内部直流电压680V的200%。
有输出滤波器的时候,顶峰值电压是756 V、相当于变频器器内部的直流电压680 V的111%,它和没有输出滤波器的顶峰电压差距有604 V,抑制效果达89%。
3.2 浪涌抑制组件图13 所示为浪涌抑制组件的外观。
和输出滤波器相比,浪涌抑制组件是小型化的产品。
其技术指标为相间的微浪涌电压1 000 V以下,防护等级为IP20。
浪涌抑制组件是对变频器的容量不需要选择,而接线距离需要选择的产品。
另外,接线方法非常简单,只需要把浪涌抑制组件的输入电缆接到电机接线端子U、V、W上。
3.2.1 工作原理浪涌抑制组件的工作原理如图14 所示。
浪涌抑制组件内部卷绕的浪涌抑制线具有和电缆线的阻抗ZL相同的阻抗,因此接到电机的接线端子上降低了电机接线端子的阻抗,从而减少了阻抗不匹配时的反射波。
通常高频波成分在电缆线上的阻抗ZL是50耀100 赘,设计的浪涌抑制线的阻抗ZS是50~60欧。
浪涌抑制线的断面图如图14 所示。
浪涌抑制线用直径1.2 mm 的线做成,内部的铜线外表进行高电阻率材料电镀,又用高介电常数材料作绝缘体覆盖,外表是屏蔽保护的同轴电缆线。
铜线和高电阻镀层的芯线和屏蔽线间的分布电容,降低了高频阻抗,因而吸收了浪涌。
使用这种浪涌抑制线的产品,除浪涌抑制组件以外,还有浪涌抑制电缆,是在变频器的主电流通过的电缆线内部平行安置了浪涌抑制线,它的截面图和连接方法如图15 所示。
3.2.2 浪涌抑制组件的特点只需接到电机接线端子,即可大幅度减低浪涌电压;在使用PWM变频器的时候,相间电压可控制到1 000 V以下;不需要追加施工,对已经安装运行的设备,设置容易;与变频器容量没有关系,都可适用(但是,超过75 kW 的电机需对应设置);需配合变频器和电机之间的接线电缆长度,规格有50 m和100 m两种;适应于RoHS 指令;与输出滤波器相比,小型化、轻量化。
3.2.3 从传输线理论得出的浪涌抑制原理根据传输线理论,浪涌抑制使用了浪涌吸收、浪涌减衰、浪涌抑制线的反射降低的方法。
员)浪涌吸收浪涌是高频波成分,低阻抗的浪涌抑制线接在电机接线端子上,让浪涌电流流到抑制线里面去,如图16所示。
浪涌减衰浪涌电流是高频波成分,根据集肤效应,浪涌电流集中在导线外表面,因导线外表镀高电阻率材料镀层,故浪涌电流的能量在电阻上被消耗了,如图17 所示。
浪涌抑制线的反射降低浪涌电流的高频分量在浪涌抑制线内被旁路和衰减,使浪涌形状变钝,浪涌频带中心向低频方向移动。
又从浪涌电流来看,好像浪涌抑制线的特性阻抗逐渐变高了,使得抑制线末端不易被反射回来。
如图18所示。
3.2.4 抑制效果图19 是变频器的电源电压为400 V,3.7 kW的电机、接线长度50 m,和75 kW 的电机、接线长度100 m时抑制微浪涌电压的效果。
对于3.7 kW的电机,当没有浪涌抑制组件时,微浪涌电压为1 036 V,相当于变频器内部的直流电压540 V的192%;当加了浪涌抑制组件时,50 m电缆的峰值电压为733 V,相当于变频器内部的直流电压540 V的136%。