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)間出現的dv/dt 過(guò)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制頻率為15kHz、接線(xiàn)長(cháng)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(guò)，這種方式的濾波器為了讓逆變器的輸出電流通過(guò)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，有的達到50kg以上，給用戶(hù)造成了實(shí)際負擔。

　　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(3.7kW，400V)，在接線(xiàn)長(cháng)度為100m時(shí)、測量電機接線(xiàn)端子U-V 之間的微浪涌電壓的抑制效果。在沒(méi)有輸出濾波器的情況下，微浪涌電壓達到1360V，相當于變頻器內部直流電壓680V的200%。有輸出濾波器的時(shí)候，頂峰值電壓是756V、相當于變頻器器內部的直流電壓680V的111%，它和沒(méi)有輸出濾波器的頂峰電壓差距有604V，抑制效果達89%。

　　3.2 浪涌抑制組件

　　圖13所示為浪涌抑制組件的外觀(guān)。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)指標為相間的微浪涌電壓1000V以下，防護等級為IP20。浪涌抑制組件是對變頻器的容量不需要選擇，而接線(xiàn)距離需要選擇的產(chǎn)品。另外，接線(xiàn)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接線(xiàn)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。浪涌抑制組件內部卷繞的浪涌抑制線(xiàn)具有和電纜線(xiàn)的阻抗ZL相同的阻抗，因此接到電機的接線(xiàn)端子上降低了電機接線(xiàn)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(xiàn)上的阻抗ZL是50耀100贅，設計的浪涌抑制線(xiàn)的阻抗ZS是50~60歐。

浪涌抑制線(xiàn)的斷面圖如圖14所示。浪涌抑制線(xiàn)用直徑1.2mm的線(xiàn)做成，內部的銅線(xiàn)外表進(jìn)行高電阻率材料電鍍，又用高介電常數材料作絕緣體覆蓋，外表是屏蔽保護的同軸電纜線(xiàn)。銅線(xiàn)和高電阻鍍層的芯線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)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(xiàn)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(guò)的電纜線(xiàn)內部平行安置了浪涌抑制線(xiàn)，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)

　　只需接到電機接線(xiàn)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，對已經(jīng)安裝運行的設備，設置容易;

　　與變頻器容量沒(méi)有關(guān)系，都可適用(但是，超過(guò)75kW 的電機需對應設置);

　　需配合變頻器和電機之間的接線(xiàn)電纜長(cháng)度，規格有50m和100m兩種;

　　適應于RoHS指令;

　　與輸出濾波器相比，小型化、輕量化。

　　3.2.3 從傳輸線(xiàn)理論得出的浪涌抑制原理

　　根據傳輸線(xiàn)理論，浪涌抑制使用了浪涌吸收、浪涌減衰、浪涌抑制線(xiàn)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(xiàn)接在電機接線(xiàn)端子上，讓浪涌電流流到抑制線(xiàn)里面去，如圖16所示。

　　浪涌減衰浪涌電流是高頻波成分，根據集膚效應，浪涌電流集中在導線(xiàn)外表面，因導線(xiàn)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(xiàn)的反射降低浪涌電流的高頻分量在浪涌抑制線(xiàn)內被旁路和衰減，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(lái)看，好像浪涌抑制線(xiàn)的特性阻抗逐漸變高了，使得抑制線(xiàn)末端不易被反射回來(lái)。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、接線(xiàn)長(cháng)度50m，和75kW的電機、接線(xiàn)長(cháng)度100m時(shí)抑制微浪涌電壓的效果。對于3.7kW的電機，當沒(méi)有浪涌抑制組件時(shí)，微浪涌電壓為1036V，相當于變頻器內部的直流電壓540V的192%;當加了浪涌抑制組件時(shí)，50m電纜的峰值電壓為733V，相當于變頻器內部的直流電壓540V的136%。電壓尖峰差距303V，有61%的抑制效果。對于75kW的電機，當沒(méi)有浪涌抑制組件時(shí)，微浪涌電壓為1040V，相當于變頻器內部直流電壓520V的200%;當加了浪涌抑制組件時(shí)，電纜的峰值電壓為785V，相當于變頻器內部直流電壓520V得151%。電壓尖峰差距255V，有49%的抑制效果。

　　4 結語(yǔ)

　　針對實(shí)際應用變頻器時(shí)，產(chǎn)生的微浪涌現象對電機的危害，介紹了微浪涌抑制技術(shù)及其原理，以實(shí)例對比了不同抑制器的抑制效果，以期引起變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)家和用戶(hù)對這一問(wèn)題的關(guān)注。