抑制變頻器中的微浪涌電壓方法

　1.4 微浪涌發(fā)生的實(shí)例

　　某一變頻器和電機(jī)額定值都是AC 400V輸入、功率3.7kW，運(yùn)行電網(wǎng)電壓AC 460V，輸電電纜長度50m。空載條件下，測量出變頻器內(nèi)部直流中間電壓為620V，用示波器看到的電機(jī)接線端子上的微浪涌波形如圖5所示，圖中，微浪涌電壓值高達(dá)直流1250V，這對電機(jī)絕緣產(chǎn)生破壞并加速其老化。

　　測量變頻器與電機(jī)間不同布線電纜長度時(shí)的微浪涌電壓如圖6所示，這是在IGBT調(diào)制頻率2kHz，脈沖上升時(shí)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100m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20m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(jī)的影響

　　電機(jī)內(nèi)部的斷面如圖7所示。電機(jī)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(jiān)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(jī)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(dòng)電機(jī)和用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)相比較的資料。

　　2.1 對線圈匝間的絕緣破壞

浪涌電壓滲入電機(jī)內(nèi)部的時(shí)候，線圈匝間究竟加上多少電壓，模擬結(jié)果如圖8所示。該模擬是將測量點(diǎn)放在電機(jī)的每一線圈上(電機(jī)槽內(nèi)的漆包線圈上)，在U-V之間加上上升時(shí)間0.14滋s的浪涌電壓的測量的結(jié)果。U-S1之間是第1線圈分擔(dān)的電壓，測得它分擔(dān)了全電壓65豫耀75%，而別的線圈S1-S2、S2-S3、S3-V之間分擔(dān)了10豫耀20%，這是因?yàn)殡姍C(jī)內(nèi)部的阻抗大，微浪涌電壓在逐漸衰減。

　　在電機(jī)的制造過程中，漆包線線圈的起頭到末尾完全分離不易做到，多數(shù)情況下是亂繞的，槽里邊線頭和線尾可能緊挨著。如果這樣就會(huì)發(fā)生線匝之間由于微浪涌電壓的電暈放電(局部放電)。那怕放電部分時(shí)間極其短促，局部也會(huì)達(dá)到10000益，高溫使絕緣逐漸地侵蝕，過些時(shí)間之后絕緣就會(huì)被破壞。如圖9所示為直徑0.85mm、漆皮厚33滋m、F級(jí)絕緣、155益漆包線的壽命特性。

　　壽命特性水平軸表示施加破壞脈沖次數(shù)和破壞時(shí)間;縱座標(biāo)軸表示破壞電壓，兩條曲線分別表示漆包線在溫度20益和155益兩種條件下測量的結(jié)果。

　　壽命特性用斜率不同的兩條線表示，兩條線連接的地方叫做局部放電起始電壓。斜率陡險(xiǎn)的部分，是確實(shí)發(fā)生了放電的區(qū)域，2小時(shí)內(nèi)漆包線遭到破壞。斜率緩慢的區(qū)域極少發(fā)生局部放電。按照這一結(jié)論，如果控制住第1線圈局部放電起始電壓，就不發(fā)生微浪涌電壓的絕緣破壞。另外，如果相間(U-V 之間)控制在1000V以下、上述的第1線圈的電壓分擔(dān)率控制在750V左右，就能夠確保20年的壽命。

　　2.2 由于微浪涌所造成電機(jī)損壞的真實(shí)情況

　　在日本，隨著變頻器的普及，電機(jī)廠家強(qiáng)化了電機(jī)的絕緣，多數(shù)把絕緣水平做到超過1200V以上。JEMA(日本電機(jī)工業(yè)會(huì))的技術(shù)資料顯示在1989耀1993年的5 年間，根據(jù)對電機(jī)發(fā)貨臺(tái)數(shù)統(tǒng)計(jì)的微浪涌的損壞事例在0.013% ，即非常低的概率。不過長期使用絕緣老化的舊電機(jī)和被認(rèn)為絕緣水平低的電機(jī)，絕緣破壞的危險(xiǎn)性還是較高。另外，根據(jù)近幾年的電源的高次諧波對策和對以升降機(jī)的回生能量為目標(biāo)的高功率因數(shù)電源推廣應(yīng)用，所設(shè)置PWM變頻器系統(tǒng)不斷增加。PWM變頻器的回生能量為了送回市電電源，讓直流中間電壓上升到較高值是必要的關(guān)鍵，其結(jié)果是由于微浪涌電壓引發(fā)絕緣破壞的可能性正在增加。在中國和其它AC 440~380 V地區(qū)，市電電壓是日本市電電壓的2倍，因此，微浪涌電壓的危害更加顯著。

　3 微浪涌的抑制技術(shù)

　　鑒于上述原因，各變頻器廠商致力于克服微浪涌問題，開發(fā)和銷售各種各樣對微浪涌進(jìn)行抑制的產(chǎn)品。

　　3.1 輸出電路用的濾波器

　　輸出電路用濾波器由輸入輸出接線端子、電阻、電容器、電抗器所構(gòu)成，如圖10所示，其中電抗器是非常重的部件。作為主要的指標(biāo)，相間的微浪涌電壓為1000V以下，變頻器和電機(jī)之間的接線長度為400m，產(chǎn)品的系列到達(dá)500kW，防護(hù)等級(jí)為IP00。

　　

　　

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