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变频器与电机之间电缆超长的解决办法

发表时间: 2020-11-05 00:00:00

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       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


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​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。
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