变频器对电动机和电缆的要求

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,变频器对电动机和电缆的要求,变频器对电动机的要求,普通电机是根据市电的频率和相应的功率设计的，只有在额定的情况下才能稳定运行。变频电机就不同了，变频电机要克服低频时的过热与振动，所以变频电机在设计上要比普通电机性能要好一点。,1,、电动机的效率和温升的问题,不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介绍，以目前普遍使用的正弦波,PWM,型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：,2u+1,（,u,为调制比）。,高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加,10%20%,。,变频器对电动机的要求,2,、电动机绝缘强度问题,目前中小型变频器，不少是采用,PWM,的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由,PWM,变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。,变频器对电动机的要求,3,、谐波电磁噪声与震动,普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。,变频器对电动机的要求,4,、电动机对频繁启动、制动的适应能力,由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。,5,、低转速时的冷却问题,首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。,变频器对电动机的要求,2.2,、变频电动机的特点,1,、电磁设计,对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近,1,时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：,变频器对电动机的要求,1,）尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增。,2,）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。,3,）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。,变频器对电动机的要求,2,、结构设计,结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：,1,）绝缘等级，一般为,F,级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。,2,）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。,3,）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。,4,）防止轴电流措施，对容量超过,160KW,电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。,5,）对恒功率变频电动机，当转速超过,3000/min,时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。,变频器对电动机的要求,变频器对电动机的要求,变频器对电动机的要求,4.1,变频电缆的使用特性,较低的有效电容。低传输阻抗。额定电压：,0.6,1KV,；耐温：,90,。具有良好的耐火燃烧性能，可用于危险区域。低传输阻抗。该电缆含有屏蔽层，以防止电磁干扰，传输阻抗,RX,是对屏蔽阻抗感应和电容束合的有效度量，低传输阻抗可提供良好的电磁相容性。对,称的三芯设计，更好的电磁相容性。三根耐侯耐温树脂绝缘线芯在缝隙处均匀等距绞合，形成一个真正的同芯结构。,变频器对电动机的要求,变频电缆,1,的结构包括三根主线绝缘线、三根零线绝缘线，在主线绝缘线和零线绝缘线外依次设置内绕包层、铜带层、外绕包层和外护套层，形成,3+3,线芯结构，使电缆具有较强的耐电压冲击性，能经受高速频繁变频时的脉冲电压，对变频电器起到良好的保护作用,.,变频器对电动机的要求,4.2,变频电缆的工作特点：,1,脉冲电压对绝缘的影响：变频电源的频率调节范围较宽，不论频率高低，具有一个主频率的波形轮廓，它包含了许多高次谐波，作为一种行波经多次反射，幅值叠加可达到工作电压数倍，电缆越长，幅值越高，若电缆绝缘安全系数不高，可能被击穿。,2,电缆本体对外发射电磁波：一般变频家用电器为单相供电，长度很短，功率也较小，变频电源、连接电缆和变频电机一并设置在金属壳内，抑制了电磁波对外发射。但是在工业领域内，电机功率较大，连接变频电机和变频电源之间的电缆长度长，在工作时电缆就是高频电磁波向外发射的有效载体，对于周围邻近地区的广播通信将产生较大的干扰，有时情况也比较严重，称之为电磁波的环境污染。,3.,中性线电流的叠加：完整的三相正弦供电系统，当三相电流平衡时，其中性线的电流为零，若出现三次谐波，则三次谐波的电流分量在中性线内不存在相位差，所以直接叠加成分量得三倍。若变频原供电对象是三个单相变频电机，而且处于三相功率分布平衡状态，则中性线电流更大，中性线截面应不小于相截面。,变频器对电动机的要求,4.3,变频电缆的结构,了解变频电缆工作特点之后，就不难从电缆结构改进来解决上述三个问题。,1,电缆绝缘设计：大多数情况选用一般电力电缆，如聚氯乙烯绝缘或交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，由于电缆本身耐压水平较高，很少发生电缆本体击穿。为何电缆在工频下能长期运行而变频下几小时内击穿,?,这决不是老化问题，基本上可归结于高频脉冲电压的影响。一般采用聚氯乙烯绝缘并不理想，因为其介质损耗偏大。交联聚乙烯绝缘较为满意，它兼有机、电、热等优良性能。若适当加厚，当然更为可靠，这对变频电缆更为有利。,变频器对电动机的要求,2,电缆对称性设计变频器与变频电机之间的电缆均需采用对称电缆结构，对称电缆结构有,3,芯和,3+3,芯两种，,3+3,芯电缆结构是将三大一小四芯绝缘线芯中第四芯,(,中性线芯,),分解为三个截面较小的绝缘线芯，把三大三小线芯对称成缆，对于,6/10kV,变频电机专用电缆，该电缆结构与,6/10kV,普通电力电缆有所不同，普通电力电缆是将三根绝缘线芯采用铜带屏蔽后成缆，而变频电机专用电缆是由铜丝铜带屏蔽后挤包分相护套，然后对称成缆，对称电缆结构由于导线的互换性，有更好的电磁相容性，对抑制电磁干扰起到一定的作用，能抵消高次谐彼中的奇次频率，提高变频电机专用电缆的抗干扰性，减少了整个系统中的电磁辐射。,变频器对电动机的要求,3,屏蔽结构的设计,1.8/3kV,及以下变频电机专用电缆的屏蔽一般采用总屏蔽，,6/10kv,变频电机专用电缆屏蔽由分相屏蔽和总屏蔽构成，分相屏蔽一般可采用铜带屏蔽或铜丝铜带组合屏蔽。总屏蔽结构可采用铜丝铜带组合屏蔽、铜丝编织屏蔽、铜带屏蔽、铜丝编织铜带屏蔽等，屏蔽层截面与主线芯截面按一定比例。此结构的屏蔽电缆可抗电磁感应、接地不良和电源线传导干扰，减小电感，防止感应电动势过大。屏蔽层既起到抑制电磁波对外发射的作用，又可作为短路电流的通道，能起到中性线芯的保护作用。一般来说大家习惯采用铜线编织屏蔽，实际上这并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效应不是最理想。采用铜带搭盖纵包并轧纹是较为先进的结构和工艺，形成了全封闭金属层，只要厚度适当，可达到有效的屏蔽功能。而这种工艺及其所用的材料在光缆领域中已十分普遍，铜带厚度不能太薄，以保证抑制电磁波对外发射。当然对于移动型的变频电缆必须采用编制屏蔽结构。,变频器对电动机的要求,4,屏蔽层接地措施：屏蔽层接地良好是抑制电磁波对外发射的必要条件，铜线编织屏蔽的接地方式较容易解决，而纵包铜带轧纹屏蔽需用专用夹具接地，夹具与轧纹铜管的接触面应当吻合，接地线由夹具尾端引出。,5,外护套 变频电缆大多数敷设在室内，考虑到电缆在使用过程中经常受到径向或纵向外力作用，在电缆屏蔽层外增加铠装层，同时它也起到附加性总屏蔽作用，特别是钢带铠装和铜丝、铜带屏蔽，是采用了两种不同屏蔽材料，在电磁波屏蔽上起到一定的互补作用，屏蔽效果将更好。外护套选用高密度聚乙烯更为合适。,变频器对电动机的要求,4.4,电缆的主要制造工艺技求 在变频电机专用电缆生产过程中，绝缘线芯挤包工序、成缆工序等是最关键的工序。,1,绝缘线芯挤包工序绝缘线芯的质量将直接影响到电缆的电气性能。在生产过程中，我们特别注重原材料的净化，屏蔽与绝缘材料挤包紧密，控制绝缘偏心度和绝缘外径的均匀一致，这样可减少界面效应，提高电缆电气性能。为了提高电缆的质量，我们选择高电性能绝缘材料生产，绝缘材料分：聚氯乙烯、交联聚乙烯、佛塑料、硅橡胶。,2,成缆工序变频电缆要求结构对称，成缆时必须保证绝缘线芯张力均匀，使成缆后的线芯长度尽量保持一致，否则会引起结构变化，导致电容和电感的不均匀性，影响电缆的电气性能。,变频器对电动机的要求,