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

　　某一變頻器和電機額定值都是AC 400V輸入、功率3.7kW，運行電網(wǎng)電壓AC 460V，輸電電纜長(cháng)度50m?？蛰d條件下，測量出變頻器內部直流中間電壓為620V，用示波器看到的電機接線(xiàn)端子上的微浪涌波形如圖5所示，圖中，微浪涌電壓值高達直流1250V，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(xiàn)電纜長(cháng)度時(shí)的微浪涌電壓如圖6所示，這是在IGBT調制頻率2kHz，脈沖上升時(shí)間駐t=0.1滋s的常見(jiàn)條件下的測量值，可以看到電纜長(cháng)度超過(guò)100m后，微浪涌電壓保持在變頻器內部直流電壓2倍的水平不變。而電纜長(cháng)度超過(guò)20m就要重視微浪涌電壓可能已經(jīng)超過(guò)變頻器內部直流電壓1.8倍的情況。

　　2 微浪涌電壓對電機的影響

　　電機內部的斷面如圖7所示。電機有定子和轉子，定子內有安放三相線(xiàn)圈的槽。如果放大槽的內部，可以看到有許多的線(xiàn)圈(漆包線(xiàn))，各線(xiàn)圈對地之間、各相之間、線(xiàn)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(xiàn)匝之間沒(méi)有絕緣紙插入，它利用堅固的漆包線(xiàn)的漆層獲得絕緣。微浪涌電壓給這些絕緣全部帶來(lái)影響，這些絕緣損壞之中，線(xiàn)圈匝間損壞最多。表1列出了有關(guān)電機內部各絕緣部分承受的電壓值，也稱(chēng)為電壓應力，提供了用市電電源驅動(dòng)電機和用變頻器驅動(dòng)時(shí)相比較的資料。

　　2.1 對線(xiàn)圈匝間的絕緣破壞

浪涌電壓滲入電機內部的時(shí)候，線(xiàn)圈匝間究竟加上多少電壓，模擬結果如圖8所示。該模擬是將測量點(diǎn)放在電機的每一線(xiàn)圈上(電機槽內的漆包線(xiàn)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果。U-S1之間是第1線(xiàn)圈分擔的電壓，測得它分擔了全電壓65豫耀75%，而別的線(xiàn)圈S1-S2、S2-S3、S3-V之間分擔了10豫耀20%，這是因為電機內部的阻抗大，微浪涌電壓在逐漸衰減。

　　在電機的制造過(guò)程中，漆包線(xiàn)線(xiàn)圈的起頭到末尾完全分離不易做到，多數情況下是亂繞的，槽里邊線(xiàn)頭和線(xiàn)尾可能緊挨著(zhù)。如果這樣就會(huì )發(fā)生線(xiàn)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 )達到10000益，高溫使絕緣逐漸地侵蝕，過(guò)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級絕緣、155益漆包線(xiàn)的壽命特性。

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

　　壽命特性用斜率不同的兩條線(xiàn)表示，兩條線(xiàn)連接的地方叫做局部放電起始電壓。斜率陡險的部分，是確實(shí)發(fā)生了放電的區域，2小時(shí)內漆包線(xiàn)遭到破壞。斜率緩慢的區域極少發(fā)生局部放電。按照這一結論，如果控制住第1線(xiàn)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(xiàn)圈的電壓分擔率控制在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損壞的真實(shí)情況

　　在日本，隨著(zhù)變頻器的普及，電機廠(chǎng)家強化了電機的絕緣，多數把絕緣水平做到超過(guò)1200V以上。JEMA(日本電機工業(yè)會(huì ))的技術(shù)資料顯示在1989耀1993年的5 年間，根據對電機發(fā)貨臺數統計的微浪涌的損壞事例在0.013% ，即非常低的概率。不過(guò)長(cháng)期使用絕緣老化的舊電機和被認為絕緣水平低的電機，絕緣破壞的危險性還是較高。另外，根據近幾年的電源的高次諧波對策和對以升降機的回生能量為目標的高功率因數電源推廣應用，所設置PWM變頻器系統不斷增加。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，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(zhù)。

　3 微浪涌的抑制技術(shù)

　　鑒于上述原因，各變頻器廠(chǎng)商致力于克服微浪涌問(wèn)題，開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)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(xiàn)端子、電阻、電容器、電抗器所構成，如圖10所示，其中電抗器是非常重的部件。作為主要的指標，相間的微浪涌電壓為1000V以下，變頻器和電機之間的接線(xiàn)長(cháng)度為400m，產(chǎn)品的系列到達500kW，防護等級為IP00。

　　

　　

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