變頻器對電動機和電纜的要求

1、變頻器對電動機和電纜的要求變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 普通電機是根據市電的頻率和相應的功率設計的，只有在額定的情況下普通電機是根據市電的頻率和相應的功率設計的，只有在額定的情況下才能穩(wěn)定運行。變頻電機就不同了，變頻電機要克服低頻時的過熱與振動，才能穩(wěn)定運行。變頻電機就不同了，變頻電機要克服低頻時的過熱與振動，所以變頻電機在設計上要比普通電機性能要好一點。所以變頻電機在設計上要比普通電機性能要好一點。 1、電動機的效率和溫升的問題、電動機的效率和溫升的問題 不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧

2、波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。據資料介紹，以目前普遍使用的正弦波電壓、電流下運行。據資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調制比）。為調制比）。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高是轉子銅（鋁）耗。因為異步電

3、動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%20%。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 2、電動機絕緣強

4、度問題、電動機絕緣強度問題 目前中小型變頻器，不少是采用目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由PWM變頻器產生的矩形斬波沖變頻器產生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對

5、電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。沖擊下會加速老化。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 3、諧波電磁噪聲與震動、諧波電磁噪聲與震動 普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動

6、機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力 由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進

7、行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件，因而電可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件，因而電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。老化問題。 5、低轉速時的冷卻問題、低轉速時的冷卻問題 首先，異步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時，電源中高次諧波所引起的損耗較首先，異步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動機再轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機

8、大。其次，普通異步電動機再轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現恒轉矩輸出。的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現恒轉矩輸出。變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 2.2、變頻電動機的特點、變頻電動機的特點 1、電磁設計、電磁設計 對普通異步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、對普通異步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉效率和功率因數。而變頻電動機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉差率接近差率接近

9、1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下：的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下： 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 1） 盡可能的減小定子和轉子電阻。減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波盡可能的減小定子和轉子電阻。減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增。引起的銅耗增。2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的

10、電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速范圍內阻抗匹配應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速范圍內阻抗匹配的合理性。的合理性。 3）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 2、結構設計、結構設計 結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電

11、機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題：面的影響，一般注意以下問題： 1）絕緣等級，一般為）絕緣等級，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。的能力。 2）對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以）對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。避開與各次力波產生共振現象。 3）冷卻方式：一般

12、采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。）冷卻方式：一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。 4）防止軸電流措施，對容量超過）防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。承損壞，所以一般要采取絕緣措施。 5）對恒功率變頻電動機，當轉速超過）對恒功率變頻電動機，當轉速超過3

13、000/min時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。溫度升高。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求4.14.1變頻電纜的使用特性變頻電纜的使用特性較低的有效電容。低傳輸阻抗。額定電壓：較低的有效電容。低傳輸阻抗。額定電壓：0.60.61KV1KV；耐溫：；耐溫：9090。具有良好的耐火燃燒性能，可用于危險區(qū)。具有良好的耐火燃燒性能，可用于危險區(qū)域。低傳輸阻抗。該電纜含有屏蔽層，以防止電磁干擾，域。低傳輸阻抗。該電纜含有屏蔽層，以防止電磁干擾，傳輸阻抗傳輸

14、阻抗RXRX是對屏蔽阻抗感應和電容束合的有效度量，低是對屏蔽阻抗感應和電容束合的有效度量，低傳輸阻抗可提供良好的電磁相容性。對傳輸阻抗可提供良好的電磁相容性。對稱的三芯設計，更稱的三芯設計，更好的電磁相容性。三根耐侯耐溫樹脂絕緣線芯在縫隙處均好的電磁相容性。三根耐侯耐溫樹脂絕緣線芯在縫隙處均勻等距絞合，形成一個真正的同芯結構。勻等距絞合，形成一個真正的同芯結構。變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求 變頻電纜變頻電纜1的結構包括三根主線絕緣線、三的結構包括三根主線絕緣線、三根零線絕緣線，在主線絕緣線和零線絕緣線根零線絕緣線，在主線絕緣線和零線絕緣線外依次設置內繞包層、銅帶層、外繞包層和外依次

15、設置內繞包層、銅帶層、外繞包層和外護套層，形成外護套層，形成3+3線芯結構，使電纜具有線芯結構，使電纜具有較強的耐電壓沖擊性，能經受高速頻繁變頻較強的耐電壓沖擊性，能經受高速頻繁變頻時的脈沖電壓，對變頻電器起到良好的保護時的脈沖電壓，對變頻電器起到良好的保護作用作用.變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求4.2變頻電纜的工作特點：變頻電纜的工作特點：1脈沖電壓對絕緣的影響：脈沖電壓對絕緣的影響： 變頻電源的頻率調節(jié)范圍較寬，不論頻率高低，具有一個主頻率的波變頻電源的頻率調節(jié)范圍較寬，不論頻率高低，具有一個主頻率的波形輪廓，它包含了許多高次諧波，作為一種行波經多次反射，幅值疊加可達到工作電壓數

16、倍，電纜越形輪廓，它包含了許多高次諧波，作為一種行波經多次反射，幅值疊加可達到工作電壓數倍，電纜越長，幅值越高，若電纜絕緣安全系數不高，可能被擊穿。長，幅值越高，若電纜絕緣安全系數不高，可能被擊穿。2電纜本體對外發(fā)射電磁波：電纜本體對外發(fā)射電磁波： 一般變頻家用電器為單相供電，長度很短，功率也較小，變頻電源一般變頻家用電器為單相供電，長度很短，功率也較小，變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領域內，電機功率、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領域內，電機功率較大，連接變頻電機和變頻電源之間的電纜長度長，在工作時電纜

17、就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載較大，連接變頻電機和變頻電源之間的電纜長度長，在工作時電纜就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載體，對于周圍鄰近地區(qū)的廣播通信將產生較大的干擾，有時情況也比較嚴重，稱之為電磁波的環(huán)境污體，對于周圍鄰近地區(qū)的廣播通信將產生較大的干擾，有時情況也比較嚴重，稱之為電磁波的環(huán)境污染。染。 3. 中性線電流的疊加：完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當三相電流平衡時，其中性線的電流為零，若出中性線電流的疊加：完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當三相電流平衡時，其中性線的電流為零，若出現三次諧波，則三次諧波的電流分量在中性線內不存在相位差，所以直接疊加成分量得三倍。若變頻現三次諧波，則三次諧波的電流分量在

18、中性線內不存在相位差，所以直接疊加成分量得三倍。若變頻原供電對象是三個單相變頻電機，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面原供電對象是三個單相變頻電機，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面應不小于相截面。應不小于相截面。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求4.3變頻電纜的結構變頻電纜的結構了解變頻電纜工作特點之后，就不難從電纜結構改進來解決上述三個問題。了解變頻電纜工作特點之后，就不難從電纜結構改進來解決上述三個問題。 1電纜絕緣電纜絕緣設計：大多數情況選用一般電力電纜，如聚氯乙烯絕緣或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜設計：大多數情況選用一般電力電

19、纜，如聚氯乙烯絕緣或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜，由于電纜本身耐壓水平較高，很少發(fā)生電纜本體擊穿。為何電纜在工頻下能長期運行而變，由于電纜本身耐壓水平較高，很少發(fā)生電纜本體擊穿。為何電纜在工頻下能長期運行而變頻下幾小時內擊穿頻下幾小時內擊穿? 這決不是老化問題，基本上可歸結于高頻脈沖電壓的影響。一般采用聚這決不是老化問題，基本上可歸結于高頻脈沖電壓的影響。一般采用聚氯乙烯絕緣并不理想，因為其介質損耗偏大。交聯(lián)聚乙烯絕緣較為滿意，它兼有機、電、熱氯乙烯絕緣并不理想，因為其介質損耗偏大。交聯(lián)聚乙烯絕緣較為滿意，它兼有機、電、熱等優(yōu)良性能。若適當加厚，當然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。等優(yōu)良性能

20、。若適當加厚，當然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求2電纜對稱性設計變頻器與變頻電機之間的電纜均需采用對稱電纜結構，對稱電纜結構電纜對稱性設計變頻器與變頻電機之間的電纜均需采用對稱電纜結構，對稱電纜結構有有3芯和芯和3+3芯兩種，芯兩種， 3+3芯電纜結構是將三大一小四芯絕緣線芯中第四芯芯電纜結構是將三大一小四芯絕緣線芯中第四芯(中性線芯中性線芯)分解為分解為三個截面較小的絕緣線芯，把三大三小線芯對稱成纜，對于三個截面較小的絕緣線芯，把三大三小線芯對稱成纜，對于6/10kV變頻電機專用電纜，該電變頻電機專用電纜，該電纜結構與纜結構與6/10kV普通電力電

21、纜有所不同，普通電力電纜是將三根絕緣線芯采用銅帶屏蔽后成普通電力電纜有所不同，普通電力電纜是將三根絕緣線芯采用銅帶屏蔽后成纜，而變頻電機專用電纜是由銅絲銅帶屏蔽后擠包分相護套，然后對稱成纜，對稱電纜結構纜，而變頻電機專用電纜是由銅絲銅帶屏蔽后擠包分相護套，然后對稱成纜，對稱電纜結構由于導線的互換性，有更好的電磁相容性，對抑制電磁干擾起到一定的作用，能抵消高次諧由于導線的互換性，有更好的電磁相容性，對抑制電磁干擾起到一定的作用，能抵消高次諧彼中的奇次頻率，提高變頻電機專用電纜的抗干擾性，減少了整個系統(tǒng)中的電磁輻射。彼中的奇次頻率，提高變頻電機專用電纜的抗干擾性，減少了整個系統(tǒng)中的電磁輻射。 變頻

22、器對電動機的要求變頻器對電動機的要求3屏蔽結構的設計屏蔽結構的設計1.8/3kV及以下變頻電機專用電纜的屏蔽一般采用總屏蔽，及以下變頻電機專用電纜的屏蔽一般采用總屏蔽，6/10kv變頻變頻電機專用電纜屏蔽由分相屏蔽和總屏蔽構成，分相屏蔽一般可采用銅帶屏蔽或銅絲銅帶組合電機專用電纜屏蔽由分相屏蔽和總屏蔽構成，分相屏蔽一般可采用銅帶屏蔽或銅絲銅帶組合屏蔽?？偲帘谓Y構可采用銅絲銅帶組合屏蔽、銅絲編織屏蔽、銅帶屏蔽、銅絲編織銅帶屏蔽屏蔽?？偲帘谓Y構可采用銅絲銅帶組合屏蔽、銅絲編織屏蔽、銅帶屏蔽、銅絲編織銅帶屏蔽等，屏蔽層截面與主線芯截面按一定比例。此結構的屏蔽電纜可抗電磁感應、接地不良和電等，屏蔽層截

23、面與主線芯截面按一定比例。此結構的屏蔽電纜可抗電磁感應、接地不良和電源線傳導干擾，減小電感，防止感應電動勢過大。屏蔽層既起到抑制電磁波對外發(fā)射的作用源線傳導干擾，減小電感，防止感應電動勢過大。屏蔽層既起到抑制電磁波對外發(fā)射的作用，又可作為短路電流的通道，能起到中性線芯的保護作用。一般來說大家習慣采用銅線編織，又可作為短路電流的通道，能起到中性線芯的保護作用。一般來說大家習慣采用銅線編織屏蔽，實際上這并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應不是最理想。采用銅帶屏蔽，實際上這并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應不是最理想。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較為先進的結構和工藝，形成了全封閉金

24、屬層，只要厚度適當，可達到有搭蓋縱包并軋紋是較為先進的結構和工藝，形成了全封閉金屬層，只要厚度適當，可達到有效的屏蔽功能。而這種工藝及其所用的材料在光纜領域中已十分普遍，銅帶厚度不能太薄，效的屏蔽功能。而這種工藝及其所用的材料在光纜領域中已十分普遍，銅帶厚度不能太薄，以保證抑制電磁波對外發(fā)射。以保證抑制電磁波對外發(fā)射。 當然對于移動型的變頻電纜必須采用編制屏蔽結構。當然對于移動型的變頻電纜必須采用編制屏蔽結構。 變頻器對電動機的要求變頻器對電動機的要求4屏蔽層接地措施：屏蔽層接地良好是抑制電磁波對外發(fā)射的必要條件屏蔽層接地措施：屏蔽層接地良好是抑制電磁波對外發(fā)射的必要條件，銅線編織屏蔽的接地方式較容易解決，而縱包銅帶軋紋屏蔽需用專用夾具，銅線編織屏蔽的接地方式較容易解決，而縱包銅帶軋紋屏蔽需用專用夾具接地，夾具與軋紋銅管的接觸面應當吻合，接地線由夾具尾端引出。接地，夾具與軋紋銅管的接觸面應當吻合，接地線由夾具尾端引出。5外護套外護套 變頻電纜大多數敷設在室內，考慮到電纜在使用過程中經常受變頻電纜大多數敷設在室內，考慮到電纜在使用過程中經常