变频器负荷线长度对电动机端电压的影响

1、变频器负荷线长度对电动机端电压的影响第27卷第8期2oo8年8月煤炭技术coaltechnoloffvv01.27.no.8aug,2008变频器负荷线长度对电动机端电压的影响胡野,张殿军(双鸭山矿业集团公司,黑龙江双鸭山155100)摘要:分析了变频器负荷线长度对电动机的影响,电缆长度增长,电缆对地分布电容增加将对电动机端电压产生影响,找出了产生这种影响的原因,从而为变频器安装使用和电动机选择提供了可靠的经验.关键词:变频器;负荷线长度;电动机;电压中图分类号:-in77文献标识码:a文章编号:10088725(2008)08005002impactofinverterloadlinelen

2、gthonmotorterminalvoltagehuye.zhangdianjan(shuangyashanminingindustrygroupcomp.,jixi158100,china)abstract:theimpactofinvertersloadlinelengthonmotorsisanalyzed.thegrowthofcablelength.thein-creaseofcabledistributedcapacitancewi11influencethemotorterminalvoltage.thereasonforpreducingtheinfluenceisfound

3、out.thereliableexperienceisprovidedfortheinverterinstallationandmotorselection.keywords:inverter;loadlinelength;motor;voltage0前言通用变频器生产厂家都对变频器负荷线安装长度进行了限制,一般不许超过50in,这里生产厂家一方面考虑电缆电压损失,另一方面就是电缆长度增长,电缆对地分布电容增加将对电动机端电压产生影响.对后一个问题进行了调查研究,找出了产生这种影响的原因,从而为变频器安装使用和电动机选择提供了可靠的经验.1假定变频器负荷线长度为零时电动机的端电压目前在用的通用

4、变频器都采用spwm正弦脉宽调制方式,载波频率一般调制在2000hz,加在电动机上的电压波形是脉宽调制波如图1所示,图中为变频器直流侧电压,un,为变频器输出线电压.为说明问题图1画成原理示意图,图中的调制频率远低于2000hz.图1中的电压波形是理论波形,即假定变频器负荷侧电缆长度为零变频器输出的波形.这样的波形在实际应用中是不存在的,因为变频器负荷侧电缆长度不可能为零.在这种理想状态下电动机的实际耐压为变频器直流侧电压.对于三相桥式整流:ed=135un=931.5v式中变频器交流电源侧线电压,690v.+0图1pwm脉宽调制波由计算可知,采用变频器控制,在理想状态下电动机的端电压并不比通

5、常的由电源直接控制的电动机端电压高.2变频器负荷侧电缆有一定长度时电动机的端电压实际的变频器输出端电压波形并不像图1那样,在集贤矿二段钢带机变频器输出侧进行了测试,其结果如图2所示.测试时变频器负荷线长度为45in,截面积为120md,载频三角波频率2000hz.可以看到,在每个矩形波上升沿都有一个尖峰值,其值在每个矩形波上大小不等.在试验室中采用方波发生器进行试验,将方波发生器输出接一定长度电缆和负载电阻,则某个矩形波的尖峰部分展开得到图3.i:瀚卜:.,一0.;图2变频器实际输出波形图u1y/图3矩形波上升沿波形由图3可以看出,这是典型的rlc串联过渡过程.矩形波的上升沿第一个峰值要高出平

6、均值许多,具体高出多少,由回路电阻r,电感和电容c的大小决定.收稿日期:20080411;修订日期:20080511作者简介:胡野(1959一),男,黑龙江延寿人,工程师,现从事矿山机电技术工作.第8期胡野,等:变频器负荷线长度对电动机端电压的影响?51?3尖峰电压产生的机理变频器控制电动机的回路如图4(a).电缆的对地分布电容,电缆的电感量和电缆的电阻与电缆的长度成正比(电缆截面积一定的情况下).由于分布电容,回路的电感和回路的电阻的存在,当逆变器中某元件导通瞬间即相当于rlc串联电路的过渡过程,其等效电路如图4(b)所示.在图4中功率元件igbt相当于开关,电缆的等效电阻为r,电缆的等效电

7、感为,电缆的对地分布电容为c,对于高频振荡电路而言(实测频率在230khz)电动机绕组回路ab呈高阻抗,可以看作开路,其等效电路如图4(c)所示.通过分析可知,电源加在rc电路上,可在电容上取得约2倍电源电压的瞬时值,其计算公式如下:卜e”(u0l乙式中6:鑫.c回路振荡角频率;减正弦波初相角.一一一e一一一(神ii童z,jl图4变频器驱动电动机线路示意图当r小得可以忽略不计时b一0,由物理分析得知,电容两端电压的第一个峰值就接近2e.曲线形状见图5.由此可见,在最不利的情况下,电动机可能承受2倍的直流侧电压即931.52=l863v.图5电容c端电压上升沿过渡过程波形图另外,要考虑尖峰电压作

8、用的时间问题,我们知道,rlc回路的振荡角频率一当b趋近0时有0=1/lc,即2rrfo=1/l;所以,当电缆长度增加时电感和对地分布电容c增加,振荡频率降低,振荡周期增加,第一个尖峰电压作用时间变长.电缆长度lm和3m时的波形如图6和图7所示.对电动机而言第一个尖峰电压作用时间越长越不利.图6电缆长度lm时电容c端电压上升沿过渡过程波形图uum,.图7电缆长度为3m时电容c端电压上升沿过渡过程波形图4变频器控制的电动机的选型(1)对于不是很重要的场合,可采用通用电动机.在双鸭山矿业集团各生产矿运输皮带,地面锅炉鼓,引风机大量使用变频器控制,而电动机则采用通用电动机,实践证实是可行的.(2)对于比较重要的场合,可采用专用的变频电动机.所谓专用变频电动机除了具有低频冷却措施外就是其绝缘程度高,其线圈采用双层漆皮漆包线.在双鸭山矿业集团各生产矿,提升绞车,主运皮带机上都采用变频专用电动机,应用效果较好.5结论(1)采用spwm控制变频器控制的电动机,不仅承受变频器直流侧电压,而且还要承受开关元件导通时过渡过程产生的尖峰电压,其最大值可遇到2倍的直流侧电压,其大小与变频器到电动机之间的负荷线长度(电缆截面积确定的情况下)有关.(2