變頻器

在傳動系統設計、選型過程中會遇到這樣的問題，變頻器到電機的電纜長度應該怎么選配？如果變頻器到電機的電纜長度超出變頻器的標準電纜長度，對系統有什么影響？需要怎么處理？本節內容綜合分析了變頻器、電機之間電纜長度受限的原因，并給出了可行的解決方法，對于實際工程應用有參考意義。

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變頻器與電機之間電纜超長的實際現場舉例： 

1.1化工、煤礦等防暴現場

一些化工企業、煤礦等企業，由于現場為防爆區域，現場電器設備需要考慮防爆隔爆等處理措施，電機可以選擇防爆電機，但是變頻器增加隔爆裝置，會增加很多成本，于是不得不將變頻器安裝在距離現場電機較遠的地方，導致實際電纜長度，超出變頻器標準輸出電纜長度。

1.2紡織行業現場

在紡織行業中，變頻器與電機采用“一拖多”的驅動方式，比如倍捻機、加彈機，大多采用一臺變頻器驅動多臺電機應用，多臺電機的電纜總和可能超出變頻器所允許的標準長度。

1.3石油鉆采現場

海洋平臺上采油設備以及陸地上的采油設備，常用的電潛泵，變頻器到電潛泵的電纜長度達到幾千米甚至更長，即使增加變頻器的標準選件，也達不到長距離要求。

1.4礦山的皮帶運輸機現場

對于長距離皮帶運輸機，多采用首尾傳動方式，電機靠近皮帶機的首端和末端，如果首端末端分別設置主控室，一般不涉及變頻器輸出電纜長度問題，如果考慮首尾共用一個主控室，會涉及到變頻器輸出電纜長度問題。

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為什么要限制變頻器與電機之間電纜長度？

2.1長電纜對傳動系統的影響：

對于變頻器的逆變器輸出、電纜、電機這部分電路中，電纜長度的變化，主要影響的電參量就是電纜隱含電容的變化，如果電纜長度加大，意味著電纜上的分布電容加大，電纜對地的分布電容加大，變頻器運行過程中，導致電壓尖峰加大，雜散電流加大，影響到系統中其他設備，甚至導致變頻器自身故障。

2.2長電纜對電機的影響：

a,電流脈動損傷電機絕緣、導致電機轉矩波動：

      變頻器輸出電壓波形為脈寬調制波（PWM），由高頻三角波（西門子產品為2-16K）與基波（正弦波）調制生成，通過功率開關器件（IGBT）輸出至電機，實際加到電機繞組上的電壓波形為方波，在波形的上升沿和下降沿，由于電纜分布電容的存在，會形成脈動充放電電流，疊加到電機繞組上，對電機絕緣造成損傷；也會形成轉矩脈動；電機噪音加大。

b,反射電壓的形成：

電纜超長，加大了dv/dt，在變頻器和電機之間形成電壓反射，電壓幅值甚至超過兩倍的直流母線電壓，不僅加大了對電機絕緣的損傷，甚至引起電機軸電流加大，引起電機軸承損傷。

c,電纜超長:

線路上的壓降加大，加到電機繞組的電壓降低，可能導致電機弱磁運行，導致電機出力不足。

2.3采用屏蔽電纜與普通電纜的限制區別：

在變頻器的輸出側采用屏蔽電纜，主要為了解決EMC問題，使得變頻傳動系統滿足電磁兼容的規范，而屏蔽電纜與普通電纜相比，自身隱含電容大，所以從西門子樣本上給出數據，屏蔽電纜長度要比普通電纜長度短。

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長電纜問題解決方案：

總體方案就是選配變頻器輸出選件，盡可能抑制尖峰電壓幅值、減小電壓反射、抑制電流波形畸變。

3.1變頻器輸出側選件對電壓上升率以及峰值電壓抑制比較

3.2具體處理辦法：

1)加裝輸出電抗器，甚至采用電抗器串聯的方式。

2)加裝dv/dt和 VPL濾波器。

3)加裝正弦波濾波器。

4)適當加大電纜截面積。

5)適當降低變頻器的載波頻率，進而減小每個周期內，尖峰電壓對電機絕緣的損傷。

6)對于一拖多的應用，除了變頻器輸出加電抗器之外，還要考慮，從變頻器輸出用一根主電纜到現場，然后在現場，將主電纜分成支路。

7)采用“高低高”配置方式（西門子提供詳細解決方案）