西門(mén)子MM440-3700/3變頻器37KW                西門(mén)子MM440-3700/3變頻器37KW

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的輸出距離,。

　　2 原因分析

　　變頻器的輸出到電機(jī)的電纜長(zhǎng)度受到很多因素的影響,，這其中的原因主要有以下幾點(diǎn)：

　　(1)分布電容。所謂分布電容,，就是指由非電容形態(tài)形成的一種分布參數(shù),。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式，在線與線之間,、印制板的上下層之間形成的電容,。而變頻器輸出距離受限的問(wèn)題，和電纜的分布電容有密切關(guān)系,，不只是電容器才有電容,，實(shí)際上任何兩個(gè)絕緣導(dǎo)體之間都存在電容。例如導(dǎo)線之間,，導(dǎo)線與大地之間,，都是被絕緣層和空氣介質(zhì)隔開(kāi)的，所以都存在著電容。圖1為4芯和7芯電纜的等效分布電容結(jié)構(gòu)圖,。

　　通常情況下,，這個(gè)電容值很小(一般在15～30nf/100m左右)，電纜長(zhǎng)度較短時(shí),，它的實(shí)際影響可以忽略不計(jì),，如果電纜很長(zhǎng)或傳輸信號(hào)頻率很高時(shí)，就必須考慮分布電容的作用,。在電纜遠(yuǎn)距離敷設(shè)系統(tǒng)中,，電纜的電容會(huì)表現(xiàn)的較為明顯，對(duì)控制回路產(chǎn)生一定的影響,，甚至影響控制功能,，特別是對(duì)于變頻器控制普通低壓電機(jī)的控制回路，故障較多表現(xiàn)為過(guò)流,、起停失靈等現(xiàn)象,，給生產(chǎn)和維護(hù)造成很大的安全隱患。由于輸出線上的分布電容和分布電感的共振產(chǎn)生浪涌電壓,，將會(huì)疊加到輸出電壓上,，晶體管、igbt的開(kāi)關(guān)頻率越高,，電纜越長(zhǎng),，產(chǎn)生的浪涌電壓越高，時(shí),，可產(chǎn)生直流電壓的兩倍的浪涌電壓,。這種情況下，很容易引起過(guò)壓過(guò)流保護(hù),，甚至燒壞模塊,。

　　分布電容是一種分布參數(shù)，其數(shù)值不僅隨電纜的生產(chǎn)廠商不同而存在差異,，而且會(huì)因?yàn)殡娎|的敷設(shè)方式,、工作狀態(tài)和外界環(huán)境因素而不同，這需要在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮,。

　　(2)變頻器本體輸出問(wèn)題

　　目前,，幾乎所有的變頻器都采用pwm(pulse widthmodulation)脈寬調(diào)制技術(shù),，但是由于變頻器中的功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),，器件的高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作使得電壓和電流在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生跳變，這使得電壓,、電流波形中含有大量的諧波成分,，其中高次諧波會(huì)使變頻器輸出電流增大，造成電機(jī)繞組發(fā)熱,，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,，加速絕緣老化,，還可能損壞電機(jī);同時(shí)各種頻率的諧波會(huì)向空間發(fā)射不同頻率的無(wú)線電干擾，可能導(dǎo)致其它設(shè)備誤動(dòng)作,。因此,，希望把變頻器安放在被控電機(jī)的附近。但是,，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)空間的限制,，變頻器和電機(jī)之間往往要有一定距離。

　　(3)變頻器的功率

　　變頻器的功率大小直接決定變頻器輸出到被控電機(jī)的電纜長(zhǎng)度,，變頻器(未接輸出電抗器)功率越大其相應(yīng)的輸出電纜長(zhǎng)度也相應(yīng)越長(zhǎng),。以上三方面都會(huì)直接影響變頻器輸出到電機(jī)的電纜長(zhǎng)度，根據(jù)以上原因的分析下面具體對(duì)改善方法作進(jìn)一步研究,。

　　3 改善方案

　　3.1 調(diào)整載波頻率,，減少諧波干擾

　　變頻器的載波頻率就是決定逆變器的功率開(kāi)關(guān)器件(如：igbt)的開(kāi)通與關(guān)斷的次數(shù)的頻率。

　　它主要影響以下幾方面：

　　(1)載波頻率對(duì)變頻器自身的影響

　　功率模塊igbt的功率損耗與載波頻率有關(guān),，載波頻率越大,，變頻器的損耗越大，輸出功率越小,，功率模塊發(fā)熱增加,。如果環(huán)境溫度高，逆變橋上下兩個(gè)逆變管在交替導(dǎo)通過(guò)程中的死區(qū)將變小,，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致橋臂短路而損壞變頻器,。

　　(2)載波頻率對(duì)變頻器輸出二次電流的波形影響

　　當(dāng)載波頻率越高時(shí)，則電壓波的占空比越大,，電流高次諧波成份越小,，即載波頻率越高，電流波形的平滑性越好,。這樣諧波就小,，干擾就小，反之就差;載波頻率越高,，變頻器允許輸出的電流越小;載波頻率越高,，布線電容的容抗越小(因?yàn)閤c=1/2πfc)，由高頻脈沖引起的漏電流越大,。

　　(3)載波頻率對(duì)電機(jī)的影響

　　當(dāng)載波頻率過(guò)低時(shí),，電機(jī)有效轉(zhuǎn)矩減小，損耗加大,，溫度增高,，同時(shí)輸出電壓的變化率dv/dt增大，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣影響較大;當(dāng)載波頻率過(guò)高時(shí)，電機(jī)的振動(dòng)減小,，運(yùn)行噪音減小,，電機(jī)發(fā)熱也減少，但是諧波電流的頻率增高,，電機(jī)定子的集膚效應(yīng)更嚴(yán)重,，電機(jī)損耗增大，輸出功率減小,。

　　(4)載波頻率對(duì)其它設(shè)備的影響

　　載波頻率越高,，高頻電壓通過(guò)靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng),，電磁輻射等對(duì)電子設(shè)備的干擾也越嚴(yán)重,。

　　在實(shí)際使用中要綜合以上各點(diǎn)，合理選擇變頻器的載波頻率,。一般電動(dòng)機(jī)功率越大,，載率選得越小。

　　3.2 輸出端加共模扼流圈

　　共模扼流圈也叫共模電感,，是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對(duì)稱(chēng)繞制方向相反,、匝數(shù)相同的線圈。共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向?yàn)V波器：一方面要濾除信號(hào)線上共模電磁干擾,，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾,，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。

　　共模扼流圈可以傳輸差模信號(hào),，直流和頻率很低的差模信號(hào)都可以通過(guò),，而對(duì)于高頻共模噪聲則呈現(xiàn)很大的阻抗，所以它可以用來(lái)抑制共模電流干擾,。

　　3.3加裝輸入,、輸出電抗器

　　在變頻器的輸入側(cè)可加以下選件：

　　(1)進(jìn)線電抗器，輸入電抗器可以抑制諧波電流,，提高功率因數(shù)以及削弱輸入電路中的浪涌電壓,、電流對(duì)變頻器的沖擊，削弱電源電壓不平衡的影響,，一般情況下,，都必須加進(jìn)線電抗器。

　　(2)輸入emc 無(wú)線電干擾濾波器,，emc 濾波器的作用是為了減少和抑制變頻器所產(chǎn)生的電磁干擾,。

　　在變頻器的輸出側(cè)可加以下選件：

　　(1)輸出電抗器，當(dāng)變頻器輸出到電機(jī)的電纜長(zhǎng)度大于產(chǎn)品規(guī)定值時(shí),，應(yīng)加輸出電抗器來(lái)補(bǔ)償電機(jī)長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)的耦合電容的充放電影響,，避免變頻器過(guò)流,。輸出電抗器有兩種類(lèi)型,，一種輸出電抗器是鐵芯式電抗器,，當(dāng)變頻器的載波頻率小于3khz時(shí)采用。另一種輸出電抗器是鐵氧體式,，當(dāng)變頻器的載波頻率小于6khz時(shí)采用,。

　　(2)輸出dv/dt電抗器，輸出dv/dt電抗器是為了限制變頻器輸出電壓的上升率,，削減輸出諧波分量,，防止過(guò)壓保護(hù)電纜，減小電機(jī)噪聲,，來(lái)確保電機(jī)的絕緣正常,。

　　(3)正弦波濾波器，隨著變頻器輸出距離的問(wèn)題的不斷研究,，各廠商推出了用于變頻器的輸出濾波器,。正弦波濾波器是用在變頻器輸出端，它可以改善變頻器輸出波形,，使變頻器的輸出電壓和電流近似于正弦波,，減少電機(jī)諧波疇變系數(shù)和電機(jī)絕緣壓力。與輸出電抗器,、dv/dt濾波器相比較,，正弦波濾波器末端有一級(jí)電容濾波電路，使變頻器輸出波形接近正弦波,。

　　下面介紹這種全新濾波技術(shù),，與傳統(tǒng)濾波器的布局技術(shù)相比，新的正弦濾波器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：把相位對(duì)相位電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎倚盘?hào),、抑制共模電流和把導(dǎo)體到地電壓變成正弦波電壓,。圖2為正弦輸出濾波器的安裝位置示意圖。

　　正弦濾波器主要有以下部分組成：高頻輸出電抗器,、rc回路,、共模電抗器等組成，原理如圖3所示,。

　　變頻的輸出是等幅不等寬的脈沖序列,。由于變頻器輸出的電壓波形不是正弦波，波形中含有大量的諧波成分,，如圖4所示,，為變頻器的輸出電壓波形圖，在使用正弦濾波器之后,，波形將近似與正弦波,，如圖5所示,。

　　從圖4、圖5可以看出,，變頻器的輸出端加裝正弦濾波器后,，輸出接近正弦波，可以明顯改善輸出的諧波含量,，減少了渦流損耗,，經(jīng)過(guò)測(cè)試，變頻器加裝正弦濾波器之后的輸出到電機(jī)的長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度可以達(dá)到1000m,。

　　變頻器輸出濾波器技術(shù)與傳統(tǒng)的濾波器技術(shù)相比,，可以同時(shí)將相間電壓轉(zhuǎn)換成正弦信號(hào)，抑制共模電流,，還可將導(dǎo)體對(duì)地電壓變成正弦電壓波形,。它具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如,，由于對(duì)電機(jī)繞組有害的電壓峰值被抑制,，軸承電流減少到可以忽略的水平，電機(jī)的使用壽命得以大大提高,。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　變頻器輸出距離的問(wèn)題一直是一個(gè)很難完的問(wèn)題,，本文通過(guò)對(duì)變頻器和電纜等可能存在導(dǎo)致輸出距離受限的原因進(jìn)行了分析，并提出了一些切實(shí)可行的解決方法,，對(duì)于實(shí)際工程應(yīng)用具有參考意義,。