冶金B(yǎng)PGVFP2R變頻電纜銅帶編織

變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。上述的兩次變換可簡(jiǎn)化為AC－DC－AC（交－直－交）變頻方式。 

    典型數(shù)字控制通用變頻器-異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 目前的變頻電源是通過電力半導(dǎo)體器件調(diào)壓，較大程度上改變了波形特性，從而對(duì)電機(jī)和電纜帶 來了新問題。變頻器中通常通過大功率的自關(guān)斷開關(guān)器件（BJT、IGBT等）進(jìn)行整流、然后對(duì)直流電壓進(jìn)行PWM逆變，結(jié)果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電壓的高次諧波，干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備，尤其是控制系統(tǒng)的I/O信號(hào)。同時(shí)由于高次諧波的存在，使得變頻電纜應(yīng)具有更高的絕緣安全裕度。在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常遇到變頻器高次諧波的干擾問題，下面簡(jiǎn)單介紹諧波產(chǎn)生的機(jī)理、傳播途徑等問題。

   變頻器的主回路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶閘管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓。在整流回路中，由于不規(guī)則的矩形波的存在，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變回路中，輸出電流波形是PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM高載頻可達(dá)15kHz。同樣輸出回路電流也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，高次諧波電流通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。因此，針對(duì)變頻器的工作特點(diǎn)，變頻電纜應(yīng)著重解決以下問題：  （1）電纜本體對(duì)外發(fā)射電磁波，抑制高次諧波通過電纜對(duì)外界的干擾。  （2）脈沖電壓對(duì)絕緣的影響，防止脈沖電壓對(duì) 電纜的影響。  變頻電纜從電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上解決防干擾能力及絕緣的***性上顯得尤為重要。

    變頻電纜的工作特點(diǎn)  縱上，了解變頻器的工作特點(diǎn)，變頻電纜的設(shè)計(jì)應(yīng)著重控制以下方面：  3.1  電纜本體對(duì)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，設(shè)計(jì)時(shí)已將變頻電源、連接電纜和變頻電機(jī)一并設(shè)置在金屬殼內(nèi)，抑制了電磁波對(duì)外發(fā)射。但是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，電機(jī)功率較大，連接變頻電機(jī)和變頻電源之間的電纜長度長，在工作時(shí)電纜就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載體，對(duì)于周圍鄰近地區(qū)的通信工具（如無繩電話）或調(diào)幅接受器（如收音機(jī)調(diào)幅波段）將產(chǎn)生干擾，有時(shí)情況也比較嚴(yán)重，稱之為電磁波的環(huán)境污染，國外已對(duì)這種電纜提出要求，我們也已提出了相關(guān)EMC測(cè)試及控制方法。  雖然目前沒有國家規(guī)范規(guī)定電纜發(fā)射電磁波造成環(huán)境污染的考核指標(biāo)，但抑制對(duì)外高頻干擾是必須做到的。要想達(dá)到高頻干擾的有效抑制，變頻電纜屏蔽結(jié)構(gòu)是尤為重要的。屏蔽結(jié)構(gòu)是抑制對(duì)外高頻干擾佳方法，而屏蔽結(jié)構(gòu)分為銅絲編織屏蔽及銅帶屏蔽。                                               編織屏蔽抑制系數(shù)與編織密度對(duì)比表 為電纜采用銅絲編織屏蔽時(shí)，其屏蔽抑制系數(shù)與編織密度對(duì)比表。不難看出，隨著銅絲編織密度的增大，屏蔽抑制系數(shù)也不斷增長，編織密度越大，屏蔽效果越好。反之，當(dāng)編織 密度較低時(shí)，屏蔽抑制系數(shù)也偏低。 （0.1mm厚）銅帶屏蔽抑制系數(shù)表  電纜采用銅帶屏蔽時(shí)（銅帶厚度為0.1mm厚度時(shí)），其屏蔽抑制系數(shù)的測(cè)量值。從上圖可知，當(dāng)電纜采用銅帶屏蔽時(shí)，其屏蔽抑制系數(shù)是較高的，一般能夠達(dá)到0.8以上。對(duì)比可知，采用銅絲編織屏蔽時(shí)，只有編織密度達(dá)到90以上，其屏蔽效果才與銅帶屏蔽相當(dāng)。所以，變頻電纜應(yīng)盡量采用銅帶屏蔽，以確保屏蔽效果。制造者習(xí)慣 采用銅線編織屏蔽，實(shí)際上這并不是方法，材 料消耗大、加工速度慢、屏蔽效果不是理想。采 用銅帶搭蓋繞包并軋紋是較為***結(jié)構(gòu)和工藝，形成了全封閉金屬層，可達(dá)到***屏蔽功能。銅帶厚度與抑制系數(shù)表  當(dāng)電纜采用銅帶屏蔽時(shí)，不同厚度銅帶對(duì)屏蔽效果的影響也應(yīng)予以考慮，銅帶厚度不能太薄，以保證抑制電磁波對(duì)外發(fā)射。當(dāng)銅帶厚度較薄時(shí)，屏蔽抑制系數(shù)也很低，屏蔽效果不好，而隨著銅帶厚度的增加，其屏蔽效果得到了提高，但應(yīng)注意，當(dāng)銅帶達(dá)到一定厚度后，屏蔽抑制系數(shù)的數(shù)值變化不再明顯。

     3.2  脈沖電壓對(duì)絕緣的影響

     變頻電源的頻率調(diào)節(jié)范圍較寬，不論頻率高低，具有一個(gè)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(jīng)多次反射，幅值疊加可達(dá)到工作電壓數(shù)倍，電纜越長，幅值越高，若電纜絕緣安全系數(shù)不高，可能被擊穿。因此為確保電纜安全，我們從以下三個(gè)方面著手：  （1）增大絕緣厚度，提高絕緣耐電壓能力，同時(shí)選用絕緣性能較好材料。電纜絕緣厚度可采用對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的規(guī)定，若適當(dāng)加厚，當(dāng)然更為可靠，這對(duì)變頻電纜更為有利。一般陸用情況下，采用聚氯乙烯絕緣并不理想，因?yàn)槠浣橘|(zhì)系數(shù)偏大，在交變電場(chǎng)作用下，其介質(zhì)損耗也很大。而采用交聯(lián)聚乙烯絕緣則較為合適，交聯(lián)聚乙烯材料介質(zhì)系數(shù)低，介質(zhì)損耗小，同時(shí)其耐溫等級(jí)和機(jī)械性能也比聚氯乙烯好，其兼有機(jī)、電、熱等優(yōu)良性能。采用交聯(lián)聚乙烯作為絕緣材料是比較適合的選擇。  （2）導(dǎo)體外增加半導(dǎo)電層（圖7），以均化電場(chǎng)，減少放電。 導(dǎo)體在加工過程中，可能會(huì)在表面產(chǎn)生缺陷（如毛刺），導(dǎo)體外沒有半導(dǎo)電層，則在缺陷處產(chǎn)生電場(chǎng)畸變，容易產(chǎn)生擊穿破壞絕緣。如施加半導(dǎo)電層后，由于半導(dǎo)電層的存在，導(dǎo)體表面電場(chǎng)得到均化，可有效避免絕緣擊穿。  (3)電纜采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以達(dá)到均化電場(chǎng)和各相均衡。對(duì)于四芯低壓電纜，首先是改善絕緣線芯的排列，假如電纜的四個(gè)芯直接成纜，是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如果將第四芯分解為三個(gè)截面較小的絕緣芯，把三大三小線芯對(duì)稱結(jié)構(gòu)成纜,  ***三相正弦供電系統(tǒng)，當(dāng)三相電流平衡時(shí)，其中性線的電流為零，若出現(xiàn)三次諧波，則三次諧波的電流分量在中性線內(nèi)不存在相位差，所以直接疊加成分量的三倍。若變頻原供電對(duì) 象是三個(gè)單相變頻電機(jī)，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線流更大，中性線截面應(yīng)不小于相截面。為了取得很好的各相均衡特性，宜采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

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