1 引言

　　變頻器主要用于交流電動(dòng)機轉速調節，除了具有卓越的調速性能之外，變頻器還有顯著(zhù)的節能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調速裝置。但是由于變頻器的自身輸出特性和電纜分布電容的耦合作用，限制了變頻器的輸出距離。

2 原因分析

　　變頻器的輸出到電機的電纜長(cháng)度受到很多因素的影響，這其中的原因主要有以下幾點(diǎn)：

　�。�1）分布電容。所謂分布電容，就是指由非電容形態(tài)形成的一種分布參數。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式，在線(xiàn)與線(xiàn)之間、印制板的上下層之間形成的電容。而變頻器輸出距離受限的問(wèn)題，和電纜的分布電容有密切關(guān)系，不只是電容器才有電容，實(shí)際上任何兩個(gè)絕緣導體之間都存在電容。例如導線(xiàn)之間，導線(xiàn)與大地之間，都是被絕緣層和空氣介質(zhì)隔開(kāi)的，所以都存在著(zhù)電容。圖1為4芯和7芯電纜的等效分布電容結構圖。

　　通常情況下，這個(gè)電容值很�。ㄒ话阍�15～30nf/100m左右），電纜長(cháng)度較短時(shí)，它的實(shí)際影響可以忽略不計，如果電纜很長(cháng)或傳輸信號頻率很高時(shí)，就必須考慮分布電容的作用。在電纜遠距離敷設系統中，電纜的電容會(huì )表現的較為明顯，對控制回路產(chǎn)生一定的影響，甚至影響控制功能，特別是對于變頻器控制普通低壓電機的控制回路，故障較多表現為過(guò)流、起停失靈等現象，給生產(chǎn)和維護造成很大的安全隱患。由于輸出線(xiàn)上的分布電容和分布電感的共振產(chǎn)生浪涌電壓，將會(huì )疊加到輸出電壓上，晶體管、igbt的開(kāi)關(guān)頻率越高，電纜越長(cháng)，產(chǎn)生的浪涌電壓越高，最高時(shí)，可產(chǎn)生直流電壓的兩倍的浪涌電壓。這種情況下，很容易引起過(guò)壓過(guò)流保護，甚至燒壞模塊。

　　分布電容是一種分布參數，其數值不僅隨電纜的生產(chǎn)廠(chǎng)商不同而存在差異，而且會(huì )因為電纜的敷設方式、工作狀態(tài)和外界環(huán)境因素而不同，這需要在設計時(shí)綜合考慮。

　�。�2）變頻器本體輸出問(wèn)題

　　目前，幾乎所有的變頻器都采用pwm（pulse widthmodulation）脈寬調制技術(shù)，但是由于變頻器中的功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，器件的高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作使得電壓和電流在短時(shí)間內發(fā)生跳變，這使得電壓、電流波形中含有大量的諧波成分，其中高次諧波會(huì )使變頻器輸出電流增大，造成電機繞組發(fā)熱，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，加速絕緣老化，還可能損壞電機；同時(shí)各種頻率的諧波會(huì )向空間發(fā)射不同頻率的無(wú)線(xiàn)電干擾，可能導致其它設備誤動(dòng)作。因此，希望把變頻器安放在被控電機的附近。但是，由于生產(chǎn)現場(chǎng)空間的限制，變頻器和電機之間往往要有一定距離。

　�。�3）變頻器的功率

　　變頻器的功率大小直接決定變頻器輸出到被控電機的電纜長(cháng)度，變頻器（未接輸出電抗器）功率越大其相應的輸出電纜長(cháng)度也相應越長(cháng)。以上三方面都會(huì )直接影響變頻器輸出到電機的電纜長(cháng)度，根據以上原因的分析下面具體對改善方法作進(jìn)一步研究。

3 改善方案

　　3.1 調整載波頻率，減少諧波干擾

　　變頻器的載波頻率就是決定逆變器的功率開(kāi)關(guān)器件（如：igbt）的開(kāi)通與關(guān)斷的次數的頻率。

　　它主要影響以下幾方面：

　�。�1）載波頻率對變頻器自身的影響

　　功率模塊igbt的功率損耗與載波頻率有關(guān)，載波頻率越大，變頻器的損耗越大，輸出功率越小，功率模塊發(fā)熱增加。如果環(huán)境溫度高，逆變橋上下兩個(gè)逆變管在交替導通過(guò)程中的死區將變小，嚴重時(shí)可導致橋臂短路而損壞變頻器。

　�。�2）載波頻率對變頻器輸出二次電流的波形影響

　　當載波頻率越高時(shí)，則電壓波的占空比越大，電流高次諧波成份越小，即載波頻率越高，電流波形的平滑性越好。這樣諧波就小，干擾就小，反之就差；載波頻率越高，變頻器允許輸出的電流越��；載波頻率越高，布線(xiàn)電容的容抗越�。ㄒ驗閤c=1/2πfc），由高頻脈沖引起的漏電流越大。

　�。�3）載波頻率對電機的影響

　　當載波頻率過(guò)低時(shí)，電機有效轉矩減小，損耗加大，溫度增高，同時(shí)輸出電壓的變化率dv/dt增大，對電動(dòng)機絕緣影響較大；當載波頻率過(guò)高時(shí)，電機的振動(dòng)減小，運行噪音減小，電機發(fā)熱也減少，但是諧波電流的頻率增高，電機定子的集膚效應更嚴重，電機損耗增大，輸出功率減小。

　�。�4）載波頻率對其它設備的影響

　　載波頻率越高，高頻電壓通過(guò)靜電感應，電磁感應，電磁輻射等對電子設備的干擾也越嚴重。

　　在實(shí)際使用中要綜合以上各點(diǎn)，合理選擇變頻器的載波頻率。一般電動(dòng)機功率越大，載率選得越小。

　　3.2 輸出端加共模扼流圈

　　共模扼流圈也叫共模電感，是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對稱(chēng)繞制方向相反、匝數相同的線(xiàn)圈。共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向濾波器：一方面要濾除信號線(xiàn)上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設備的正常工作。

　　共模扼流圈可以傳輸差模信號，直流和頻率很低的差模信號都可以通過(guò)，而對于高頻共模噪聲則呈現很大的阻抗，所以它可以用來(lái)抑制共模電流干擾。

　　3.3加裝輸入、輸出電抗器

　　在變頻器的輸入側可加以下選件：

　�。�1）進(jìn)線(xiàn)電抗器，輸入電抗器可以抑制諧波電流，提高功率因數以及削弱輸入電路中的浪涌電壓、電流對變頻器的沖擊，削弱電源電壓不平衡的影響，一般情況下，都必須加進(jìn)線(xiàn)電抗器。

　�。�2）輸入emc 無(wú)線(xiàn)電干擾濾波器，emc 濾波器的作用是為了減少和抑制變頻器所產(chǎn)生的電磁干擾。

　　在變頻器的輸出側可加以下選件：

　�。�1）輸出電抗器，當變頻器輸出到電機的電纜長(cháng)度大于產(chǎn)品規定值時(shí)，應加輸出電抗器來(lái)補償電機長(cháng)電纜運行時(shí)的耦合電容的充放電影響，避免變頻器過(guò)流。輸出電抗器有兩種類(lèi)型，一種輸出電抗器是鐵芯式電抗器，當變頻器的載波頻率小于3khz時(shí)采用。另一種輸出電抗器是鐵氧體式，當變頻器的載波頻率小于6khz時(shí)采用。

　�。�2）輸出dv/dt電抗器，輸出dv/dt電抗器是為了限制變頻器輸出電壓的上升率，削減輸出諧波分量，防止過(guò)壓保護電纜，減小電機噪聲，來(lái)確保電機的絕緣正常。

　�。�3）正弦波濾波器，隨著(zhù)變頻器輸出距離的問(wèn)題的不斷研究，各廠(chǎng)商推出了用于變頻器的輸出濾波器。正弦波濾波器是用在變頻器輸出端，它可以改善變頻器輸出波形，使變頻器的輸出電壓和電流近似于正弦波，減少電機諧波疇變系數和電機絕緣壓力。與輸出電抗器、dv/dt濾波器相比較，正弦波濾波器末端有一級電容濾波電路，使變頻器輸出波形接近正弦波。

　　下面介紹這種全新濾波技術(shù)，與傳統濾波器的布局技術(shù)相比，新的正弦濾波器可同時(shí)實(shí)現三個(gè)功能：把相位對相位電壓轉變?yōu)檎�弦信號、抑制共模電流和把導體到地電壓變成正弦波電壓。圖2為正弦輸出濾波器的安裝位置示意圖。

　　正弦濾波器主要有以下部分組成：高頻輸出電抗器、rc回路、共模電抗器等組成，原理如圖3所示。

　　變頻的輸出是等幅不等寬的脈沖序列。由于變頻器輸出的電壓波形不是正弦波，波形中含有大量的諧波成分，如圖4所示，為變頻器的輸出電壓波形圖，在使用正弦濾波器之后，波形將近似與正弦波，如圖5所示。

　　從圖4、圖5可以看出，變頻器的輸出端加裝正弦濾波器后，輸出接近正弦波，可以明顯改善輸出的諧波含量，減少了渦流損耗，經(jīng)過(guò)測試，變頻器加裝正弦濾波器之后的輸出到電機的最長(cháng)電纜長(cháng)度可以達到1000m。

　　變頻器輸出濾波器技術(shù)與傳統的濾波器技術(shù)相比，可以同時(shí)將相間電壓轉換成正弦信號，抑制共模電流，還可將導體對地電壓變成正弦電壓波形。它具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如，由于對電機繞組有害的電壓峰值被抑制，軸承電流減少到可以忽略的水平，電機的使用壽命得以大大提高。

4 結束語(yǔ)

　　變頻器輸出距離的問(wèn)題一直是一個(gè)很難完全解決的問(wèn)題，本文通過(guò)對變頻器和電纜等可能存在導致輸出距離受限的原因進(jìn)行了分析，并提出了一些切實(shí)可行的解決方法，對于實(shí)際工程應用具有參考意義。