变频器与电机之间电缆超长的解决办法

       在传动系统设计、选型过程中会遇到这样的问题，变频器到电机的电缆长度应该怎么选配？如果变频器到电机的电缆长度超出变频器的标准电缆长度，对系统有什么影响？需要怎么处理？本节内容综合分析了变频器、电机之间电缆长度受限的原因，并给出了可行的解决方法，对于实际工程应用有参考意义。

       1变频器与电机之间电缆超长的实际现场举例

       1.1化工、煤矿等防暴现场

       一些化工企业、煤矿等企业，由于现场为防爆区域，现场电器设备需要考虑防爆隔爆等处理措施，电机可以选择防爆电机，但是变频器增加隔爆装置，会增加很多成本，于是不得不将变频器安装在距离现场电机较远的地方，导致实际电缆长度，超出变频器标准输出电缆长度。

       1.2纺织行业现场

       在纺织行业中，变频器与电机采用“一拖多”的驱动方式，比如倍捻机、加弹机，大多采用一台变频器驱动多台电机应用，多台电机的电缆总和可能超出变频器所允许的标准长度。

      1.3石油钻采现场

       海洋平台上采油设备以及陆地上的采油设备，常用的电潜泵，变频器到电潜泵的电缆长度达到几千米甚至更长，即使增加变频器的标准选件，也达不到长距离要求。

       1.4矿山的皮带运输机现场

       对于长距离皮带运输机，多采用首尾传动方式，电机靠近皮带机的首端和末端，如果首端末端分别设置主控室，一般不涉及变频器输出电缆长度问题，如果考虑首尾共用一个主控室，会涉及到变频器输出电缆长度问题。

       2为什么要限制变频器与电机之间电缆长度

       2.1长电缆对传动系统的影响

      对于变频器的逆变器输出、电缆、电机这部分电路中，电缆长度的变化，主要影响的电参量就是电缆隐含电容的变化，如果电缆长度加大，意味着电缆上的分布电容加大，电缆对地的分布电容加大，变频器运行过程中，导致电压尖峰加大，杂散电流加大，影响到系统中其他设备，甚至导致变频器自身故障。

      2.2长电缆对电机的影响

      a,电流脉动损伤电机绝缘、导致电机转矩波动

       变频器输出电压波形为脉宽调制波（PWM），由高频三角波（西门子产品为2-16K）与基波（正弦波）调制生成，通过功率开关器件（IGBT）输出至电机，实际加到电机绕组上的电压波形为方波，在波形的上升沿和下降沿，由于电缆分布电容的存在，会形成脉动充放电电流，叠加到电机绕组上，对电机绝缘造成损伤；也会形成转矩脉动；电机噪音加大。

       b,反射电压的形成

       电缆超长，加大了dv/dt，在变频器和电机之间形成电压反射，电压幅值甚至超过两倍的直流母线电压，不仅加大了对电机绝缘的损伤，甚至引起电机轴电流加大，引起电机轴承损伤。

       c,电缆超长

       线路上的压降加大，加到电机绕组的电压降低，可能导致电机弱磁运行，导致电机出力不足。

       2.3采用屏蔽电缆与普通电缆的限制区别

       在变频器的输出侧采用屏蔽电缆，主要为了解决EMC问题，使得变频传动系统满足电磁兼容的规范，而屏蔽电缆与普通电缆相比，自身隐含电容大，所以从西门子样本上给出数据，屏蔽电缆长度要比普通电缆长度短。

       3长电缆问题解决方案

       总体方案就是选配变频器输出选件，尽可能抑制尖峰电压幅值、减小电压反射、抑制电流波形畸变。

       3.1变频器输出侧选件对电压上升率以及峰值电压抑制比较。

       3.2具体处理办法：

       1)加装输出电抗器，甚至采用电抗器串联的方式。

       2)加装dv/dt和 VPL滤波器。

       3)加装正弦波滤波器。

       4)适当加大电缆截面积。

       5)适当降低变频器的载波频率，进而减小每个周期内，尖峰电压对电机绝缘的损伤。

       6)对于一拖多的应用，除了变频器输出加电抗器之外，还要考虑，从变频器输出用一根主电缆到现场，然后在现场，将主电缆分成支路。

编辑：徐金华