GBT 21209-2007 變頻器供電籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和性能導(dǎo)則

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局I V 1 13術(shù)語(yǔ)和定義 1 2 24.2系統(tǒng)信息 24.3轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速因素 3 5 64.6對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 7 9 9 95.3附加損耗的產(chǎn)生和減少方法 5.4變頻器特性對(duì)降低電動(dòng)機(jī)損耗的影響 5.5溫度和預(yù)期壽命 5.6電動(dòng)機(jī)效率的確定 6.1變頻器供電的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng) 6.2聲功率級(jí)的確定及限值 6.3振動(dòng)烈度的確定及限值 7電動(dòng)機(jī)絕緣介電應(yīng)力 7.3繞組介電應(yīng)力 7.4絕緣應(yīng)力承受能力 7.6變頻器特性 7.7降低電壓應(yīng)力的方法 7.8電動(dòng)機(jī)選擇 8軸承電流 8.1變頻器供電電動(dòng)機(jī)軸承電流的來(lái)源 8.2高頻軸承電流的產(chǎn)生 8.3共模電路 8.4雜散電容 8.5過(guò)量軸承電流的后果 21Ⅱ8.6防止高頻軸承電流損害 22 23 239.2電抗器和濾波器 附錄A(資料性附錄)變頻器輸出頻譜 29ⅢGB/T21209—2007/IEC/TS6·為一般用途設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和性能經(jīng)過(guò)優(yōu)化以適宜在恒頻正·為變頻供電專用設(shè)計(jì)的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)以標(biāo)準(zhǔn)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)符圖1為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)(PDS)的圖解。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)和成套傳動(dòng)模塊(CDM)組成，但不包—注：GB/T12668.2—2002中的圖1提供了PDS系統(tǒng)詳盡的結(jié)構(gòu)參數(shù)。電氣使動(dòng)系統(tǒng)M1GB/T21209-2007/IEC/TS60034-25:2004本標(biāo)準(zhǔn)描述了1000V及以下電壓源型變頻器供電專用多相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能特征和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。本標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了作為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)一部分的電動(dòng)機(jī)下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。GB755—2000旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能(idtIEC60034-1:1996)GB/T755.2-2003旋轉(zhuǎn)電機(jī)(牽引電機(jī)除外)確定損耗和效率的試驗(yàn)方法(IEC60034-2:1972,GB/T1993—1993旋轉(zhuǎn)電機(jī)冷卻方法GB10068—2000軸中心高為56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值GB10069.3—2006旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法及限值第3部分：噪聲限值(IEC60034-9:1997,GB/T12668.2—2002調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第2部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)GB/T12668.3—2003調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第3部分：產(chǎn)品的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)及其特定的試驗(yàn)GB/T20161—2006旋轉(zhuǎn)電機(jī)第17部分：變頻器供電的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用導(dǎo)則(IEC60034-IEC61800-5-1調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第5-1部分：安全要求電氣、熱和能量2GB/T21209—2007/IEC/TS6從峰值電壓的10%上升到90%之間的時(shí)間間隔(見圖14)。3·可用的電源和布線說(shuō)明，最終的配置將受所選擇系統(tǒng)的要求影響。4.3轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速因素4.3.1概述圖2、圖3和圖4所示分別為變頻器供電的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的典型的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性、主要影響因素和其結(jié)果。根據(jù)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的性能要求，可以設(shè)計(jì)出適應(yīng)各種限值的不同類型的電動(dòng)機(jī)。4.3.2轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速性能圖2所示為變頻器供電的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速性能?？色@得的最大轉(zhuǎn)矩受電動(dòng)機(jī)定額和變頻器電流限值的限制。在弱磁頻率f。和轉(zhuǎn)速n?以上，電動(dòng)機(jī)可以恒功率運(yùn)行，其轉(zhuǎn)矩正比于1/n。如果達(dá)到了最大轉(zhuǎn)矩的最小值(正比于1/n2),則功率按1/n比率降低，轉(zhuǎn)矩按1/n2比率下降(擴(kuò)充的區(qū)域)。最大轉(zhuǎn)速nmx受機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性、軸承系統(tǒng)的速度承受能力和其他機(jī)械參數(shù)的限制。----短時(shí)運(yùn)行——起動(dòng)提升圖2轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速性能圖3所示為相應(yīng)的變頻器輸出電流(I)性能。圖3變頻器輸出電流4GB/T21209—2007/IEC/TSB——電壓隨速度增加而增加，在弱磁頻率f。以上達(dá)到最大輸出電壓Um,這擴(kuò)大了恒磁通的范圍(恒轉(zhuǎn)矩),但在C—-電壓隨速度增加而增加至弱磁頻率f。處，然后以緩慢的速率增長(zhǎng)，并在fmx處達(dá)到最大輸出電壓U,以避D-——在低速時(shí)提高電壓以改善起動(dòng)性能。圖4變頻器輸出電壓表1所示為影響轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速性能的主要因素。電動(dòng)機(jī)最初起動(dòng)冷卻(電流變化的I2R損耗)弱磁運(yùn)行(降低磁通)最高轉(zhuǎn)速(機(jī)械強(qiáng)度及穩(wěn)定性)最大轉(zhuǎn)矩值(最大轉(zhuǎn)矩)等值電路參數(shù)(模擬確定)當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于該共振轉(zhuǎn)速之上的任何轉(zhuǎn)速時(shí)，仍將帶動(dòng)負(fù)載加速經(jīng)過(guò)在各種工作制運(yùn)行中，負(fù)載或轉(zhuǎn)速經(jīng)常變化(見GB755--2000),會(huì)在一些方面影響電動(dòng)機(jī)和變·可能要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于滿載轉(zhuǎn)矩。為了加速、操縱最大負(fù)荷甚至使負(fù)載減速，可能要求電動(dòng)機(jī)高于滿負(fù)荷運(yùn)行。高于額定電流運(yùn)行將增加電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)需要采用比5GB/T21209—2007/IEC/TS60034-25:20額定時(shí)更高溫度的絕緣等級(jí)或?qū)﹄妱?dòng)機(jī)所運(yùn)行的工作制進(jìn)行評(píng)定以確定電動(dòng)機(jī)是否具有足夠的冷卻能力(見GB755—2000,S10工作制)?！槭闺妱?dòng)機(jī)減速，可能要采用直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)或再生制動(dòng)。無(wú)論電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)機(jī)由負(fù)載驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生能量回饋至變頻器，還是在減速時(shí)給繞組通以直流電以提供制動(dòng)轉(zhuǎn)作制)。在這些應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)快速加載或卸載。該負(fù)載轉(zhuǎn)矩有可能是正的(與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反),這種高沖擊負(fù)載將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)所需的電流(來(lái)自于變頻器)迅速增加或減少。如果該轉(zhuǎn)矩是負(fù)的，電動(dòng)機(jī)會(huì)回饋電流至變頻器。這些瞬態(tài)電流在定子繞組中產(chǎn)生應(yīng)力。該瞬態(tài)電流4所示為各種實(shí)現(xiàn)方法的例子。采用特殊的算法對(duì)由電動(dòng)機(jī)定子電阻和電感造成的電壓降進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。在低速標(biāo)量控制通常用于對(duì)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速指令快速響應(yīng)無(wú)要求的場(chǎng)合(如離心泵和風(fēng)機(jī)),尤其適用于單臺(tái)交流矢量控制變頻器本質(zhì)上是對(duì)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩的定子電流進(jìn)行分解，以便分別加以無(wú)論是否具有速度反饋信號(hào)，都可通過(guò)等效電路(數(shù)學(xué)模型)對(duì)電動(dòng)機(jī)特性進(jìn)行計(jì)算而實(shí)現(xiàn)電流這種控制類型的基本原理是使電動(dòng)機(jī)以盡可能快的速度達(dá)到所要求的6·標(biāo)量控制可用于一臺(tái)變頻器給多臺(tái)不同定額的電動(dòng)機(jī)供電并聯(lián)運(yùn)行的場(chǎng)合(多電機(jī)運(yùn)行)。(約低于10%基準(zhǔn)速度)?！ねㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償可使標(biāo)量控制下的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力與無(wú)傳感器矢量控制等同?！?biāo)量控制和矢量控制或直接磁通轉(zhuǎn)矩控制之間最顯著的差別在于動(dòng)態(tài)響應(yīng)。帶磁通或轉(zhuǎn)速傳感器載波頻率可與工頻或輸出頻率同步。選擇適當(dāng)?shù)妮d波頻率可以減少電動(dòng)可能給出這些影響的精確值，但圖5、圖6和圖7以一般的方式進(jìn)行了表示。這些圖僅用于說(shuō)明，不能7表2所示為一些主要的要求和設(shè)計(jì)考慮。設(shè)計(jì)需要考慮的事項(xiàng)熱裕度要大或用強(qiáng)迫冷卻軸承長(zhǎng)期運(yùn)行于10%基速以下，滑動(dòng)軸承性大調(diào)速比采用冷卻效果與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的冷卻方式(獨(dú)立風(fēng)扇或其他冷卻介質(zhì)，如水冷)防止機(jī)械相碰高速(弱磁)運(yùn)行提高最大轉(zhuǎn)矩(即漏抗要小)籠型轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)(不用深槽，見5.3)不考慮直接啟動(dòng)和旁路能力8GB/T21209—2007/IEC/TS表2(續(xù))設(shè)計(jì)需要考慮的事項(xiàng)有旁路或直接起動(dòng)能力適當(dāng)?shù)幕\型轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，然而該設(shè)計(jì)對(duì)降低損耗和改善合考慮如可能，在接近零頻率處磁通增加10%～40%(取決于電動(dòng)機(jī)尺寸)在某些應(yīng)用場(chǎng)合為使電動(dòng)機(jī)與變頻器匹配，要求電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者提供如表3所列的電動(dòng)機(jī)參數(shù)。表3電動(dòng)機(jī)參數(shù)標(biāo)量控制轉(zhuǎn)矩控制定轉(zhuǎn)子繞組最高溫度要求(如果出現(xiàn)離散載波頻率時(shí))風(fēng)摩耗轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的多項(xiàng)式關(guān)系m=kin十kn定子電阻(Rs)工作溫度下可選(對(duì)電壓補(bǔ)償)轉(zhuǎn)子電阻(R,)工作溫度下可選(對(duì)改進(jìn)標(biāo)量控制)定子漏抗(Xs')可選(對(duì)改進(jìn)標(biāo)量控制)轉(zhuǎn)子漏抗(X)額定運(yùn)行狀態(tài)下，可選(對(duì)改進(jìn)標(biāo)量控制)勵(lì)磁電抗(Xm)可選(對(duì)改進(jìn)標(biāo)量控制)勵(lì)磁電導(dǎo)(Gm)可選(對(duì)改進(jìn)標(biāo)量控制)要求(對(duì)改進(jìn)標(biāo)量控制)要求快速電流響應(yīng)和精確損耗和溫升注：轉(zhuǎn)子電氣參數(shù)R,'和X。'是以定/轉(zhuǎn)子匝數(shù)比的平方折算到定子邊回路的值。在低速下要求精確控制的高轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場(chǎng)合，為改進(jìn)其熱模型而提供電動(dòng)機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者是有用的，這些參數(shù)與轉(zhuǎn)速和開關(guān)頻率有關(guān)。9聯(lián)電感和濾波器，這些附加損耗將達(dá)到基本損耗的10%～20%,即占電動(dòng)機(jī)額定輸出功率的1%～2%。電壓源變頻器施加電壓至所聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)。由于輸出切換，接近理想形狀的平均電壓由一個(gè)陡斜率且幅值接近恒定的準(zhǔn)方波電壓平均而來(lái)(帶中間直流回路的兩電平變頻器施加的是中間直流回路電圖8所示為一臺(tái)由50Hz正弦波和5.5kHz電壓源變頻器供電的37kW、50Hz電動(dòng)機(jī)在空載和州州△W/W△W/W圖950Hz時(shí)由變頻器供電引起的電機(jī)附加損耗與脈沖頻率的函數(shù)關(guān)系(與圖8相同電動(dòng)機(jī))·兩電平變頻器為額定輸出的0.4%～2%;和·三電平變頻器為額定輸出的0.2%～1%?！まD(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)減小集膚效應(yīng)；·避免轉(zhuǎn)子鐵心疊片的片間短路；·減少串聯(lián)電抗器或?yàn)V波器中的渦流損耗?！ぬ岣唛_關(guān)頻率(見圖9)?！づ渲枚嚯娖阶冾l器?！?duì)空冷電動(dòng)機(jī)采用獨(dú)立風(fēng)機(jī)冷卻，如ICOA6或IC1A7(見GB/T1993—1993);·提高絕緣耐熱等級(jí)(見GB755—2000);·對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度進(jìn)行完全補(bǔ)償(見GB755—2000);·選用更大容量的電動(dòng)機(jī)；·優(yōu)化變頻器輸出波形。負(fù)載和轉(zhuǎn)速的變化對(duì)繞組溫度的影響用GB755—2000中確定的工作制來(lái)表征。工作制S1-S9考慮到最高溫度，而工作制S10(變負(fù)載和變轉(zhuǎn)速運(yùn)行)允許溫升在有限的時(shí)間內(nèi)超出絕緣耐熱等級(jí)的GB/T755.2—2003中的A.1.6給出了確定電動(dòng)機(jī)效率的推薦方法。對(duì)于功率在50kW以上的·轉(zhuǎn)速?gòu)慕咏愕匠^(guò)基速變化。這將會(huì)影響軸承和潤(rùn)滑、通風(fēng)和其他任何受溫度變化影響的·電動(dòng)機(jī)電源頻率和諧波分量對(duì)其定子鐵心中產(chǎn)生的電磁噪聲其次是軸承噪聲有很大影響。·由電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)中的不同頻率的波相互作用而引起的扭轉(zhuǎn)振蕩。聲顯著增大。當(dāng)速度因子(軸承直徑mm×轉(zhuǎn)速r/min)大于180000時(shí)，對(duì)這一現(xiàn)象的敏感度迅速增對(duì)于安裝于軸上的風(fēng)扇，其產(chǎn)生的噪聲變化近似如圖10所示(風(fēng)扇圓周線速度小于50m/s)。轉(zhuǎn)速降低50%,風(fēng)扇噪聲約降低15dB;轉(zhuǎn)速增加50%,風(fēng)扇噪聲增加約10dB。如為單方向傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)聲壓級(jí)變化；圖10風(fēng)扇噪聲與風(fēng)扇速度的函數(shù)關(guān)系當(dāng)電動(dòng)機(jī)在寬速度范圍運(yùn)行時(shí)，由于供電頻率的變化出現(xiàn)諧振是不可避免的。不僅是變頻器供電場(chǎng)合，在運(yùn)行速度范圍內(nèi)不可避免地在一些運(yùn)行點(diǎn)出現(xiàn)諧振。對(duì)于軸中心高大于315mm的2、4極電噪聲增量較小(僅幾dB(A));當(dāng)開關(guān)頻率較低時(shí)，前者的噪聲PWM或滯后控制變頻器不再使用固定的載波頻率而產(chǎn)生非基頻的寬頻譜，典型噪聲增量和主觀可聽變頻器供電的電動(dòng)機(jī)會(huì)在軸上產(chǎn)生振蕩轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的幅值和頻率可在電壓源PWM變頻器低脈沖頻率(小于200Hz)時(shí)振蕩轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的50%,與輸出電壓諧波含量有關(guān)。當(dāng)脈沖頻率高于2kHz時(shí)，起重要作用的6倍和12倍基頻振蕩轉(zhuǎn)矩往往小于10%的額定變頻器輸出電壓不對(duì)稱引起的直流分量和負(fù)序分量會(huì)產(chǎn)生1倍或2倍基頻轉(zhuǎn)矩分量，應(yīng)小心預(yù)防。應(yīng)按照GB10069.3—2006(見當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)按照6.2.2的條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其聲功率級(jí)不應(yīng)超過(guò)表4中規(guī)定的值。負(fù)載聲功率級(jí)/dB(A)表4(續(xù))負(fù)載聲功率級(jí)/dB(A)當(dāng)按照6.3.2中規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)軸承室測(cè)得的振動(dòng)烈度不應(yīng)超過(guò)GB10068—2000中表1所給出的N級(jí)振動(dòng)烈度。當(dāng)電動(dòng)機(jī)由變頻器供電時(shí)，其絕緣結(jié)構(gòu)所承出直流總線電壓(1倍標(biāo)幺值),取決于整流電源電壓或制動(dòng)電壓水平或功率因數(shù)修正調(diào)整電壓?？s短上升時(shí)間。變頻器經(jīng)電纜向電動(dòng)機(jī)供電使電動(dòng)機(jī)端子上產(chǎn)生重復(fù)的電壓突復(fù)電壓強(qiáng)度勢(shì)必降低其絕緣壽命。圖11所示為在變頻器供電電動(dòng)機(jī)端子處測(cè)得的浪涌信號(hào)曲線。從型值可達(dá)相同電壓2倍標(biāo)幺值)。這些電壓突增是由阻抗不匹配使電纜與電機(jī)端子界面的反射波所產(chǎn)增高。圖12所示為在變頻器輸出端和電動(dòng)機(jī)端子處測(cè)得的典型的電壓浪涌。圖13所示為一個(gè)浪涌的圖11PWM變頻器供電電動(dòng)機(jī)端子處測(cè)得的典型的浪涌信號(hào)曲線圖12變頻器輸出端和電動(dòng)機(jī)端子處測(cè)得的典型的相電壓浪涌(2ms/每格)當(dāng)電纜長(zhǎng)度增加時(shí)，脈沖突起通常增加至最大值，然后再下降。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)端子處的脈沖電壓上升時(shí)間增長(zhǎng)。對(duì)于較短上升時(shí)間脈沖(在變頻器輸出端)且電纜長(zhǎng)度超過(guò)20m~50m(與電纜的類型和其他因素有關(guān)),電動(dòng)機(jī)端子處電壓上升時(shí)間主要取決于電纜的特性而非變頻器輸出的上升時(shí)間。當(dāng)采用分散拓?fù)?變頻器與電動(dòng)機(jī)靠近安裝)安裝時(shí)，由于變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜較短，電壓突GB/T21209—2007/IEC/TS60034如果變頻器與電動(dòng)機(jī)組成一體就不會(huì)出現(xiàn)電壓突起，此時(shí)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度僅縮至由于變頻器的雙重?fù)Q接以及由于變頻器內(nèi)缺乏設(shè)置脈沖之間最小時(shí)間間隔的算法，可能會(huì)產(chǎn)生大于2倍標(biāo)幺值的電壓應(yīng)力：·例如，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的一相由負(fù)直流電壓切換為正直流電壓，同時(shí)另外一相直流電壓時(shí)會(huì)發(fā)生雙重?fù)Q接。它產(chǎn)生2倍電壓(標(biāo)幺值)行波到達(dá)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)電動(dòng)機(jī)端子反射會(huì)出現(xiàn)大于2倍的過(guò)電壓?！と糇冾l器中沒(méi)有最小脈沖時(shí)間控制，且兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間與連接電纜的時(shí)間常數(shù)相匹配，在電動(dòng)機(jī)端子處會(huì)出現(xiàn)大于2倍的過(guò)電壓。電動(dòng)機(jī)繞組絕緣的介電應(yīng)力由電動(dòng)機(jī)端子處的脈沖峰值電壓和上升時(shí)間(定義見圖14)及變頻器圖14電動(dòng)機(jī)端子處的脈沖峰值電壓和上升時(shí)間定義匝間絕緣限制而由脈沖上升時(shí)間確定。較短上升時(shí)間脈沖導(dǎo)致電壓在整個(gè)線圈中分布不均衡，在單個(gè)相繞組最初幾匝的線端出現(xiàn)高強(qiáng)度應(yīng)力。圖15所示為一個(gè)50匝線圈的電壓分布與脈沖上升時(shí)間的關(guān)電起始電壓(PDIV)強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)。這種類型的絕緣失效無(wú)法用50Hz或影響過(guò)電壓應(yīng)力承受能力的不利因素是PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)。局部放電通過(guò)化學(xué)和機(jī)械腐蝕使絕緣結(jié)構(gòu)等級(jí)降低。絕緣降級(jí)的速率取決于局部放電發(fā)生的能·浸漬漆種類及浸漬工藝?！て崮ず穸龋簩?dǎo)線漆膜增厚可使PDIV增加。·運(yùn)行溫度：當(dāng)導(dǎo)線溫度上升時(shí)，PDIV下降(通常，繞組溫度從25℃升高到155℃時(shí)PDIV下降約30%)。圖16所示為變頻器供電電動(dòng)機(jī)一相浪涌所產(chǎn)生的局部放電脈沖。系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)保證施加于電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)力強(qiáng)度不超出其絕緣結(jié)構(gòu)所能承受的電壓應(yīng)力容量(見C圖17電動(dòng)機(jī)二相線端間測(cè)得的脈沖電壓作為脈沖上升時(shí)間的函數(shù)的限制曲線通常，變頻器輸出電壓脈沖幅值即為直流總線電壓，其值取決于供電電源電壓和輸入整流器的類型(無(wú)源或有源，是否有電壓補(bǔ)償),且當(dāng)再生運(yùn)行時(shí)通常會(huì)增大(例如，制動(dòng)時(shí))。脈沖的上升時(shí)間取決于功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性和其驅(qū)動(dòng)及緩沖電路。7.7降低電壓應(yīng)力的方法以下是在給定情況下降低浪涌強(qiáng)度的幾種可行方法：·盡管困難很大或很難實(shí)現(xiàn)，但改變電動(dòng)機(jī)和變頻器之間的電纜長(zhǎng)度和/或使電纜接地可降低電動(dòng)機(jī)端子處的浪涌電壓幅值?！⒀b置改成分散拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或采用集成的電動(dòng)機(jī)/變頻器組合可降低電壓突起。·改用高介電損耗的電纜(如丁基橡膠或油絕緣紙)。用鐵氧體屏蔽的特殊類型電動(dòng)機(jī)電纜比較有效，可減小電壓振蕩并改進(jìn)EMC質(zhì)量?！ぐ惭b輸出電抗器(見9.2.2)可與電纜電容一起增加行波的上升時(shí)間。·在變頻器和接入電動(dòng)機(jī)的電纜之間接入輸出dV/dt濾波器(見9.2.3)可顯著延長(zhǎng)浪涌的上升時(shí)間。這種情況下可允許使用較長(zhǎng)的電纜?！そ尤胼敵稣也V波器(見9.2.4)可延長(zhǎng)上升時(shí)間。然而，該濾波器的主要功能是降低EMC千擾和附加的電動(dòng)機(jī)損耗以及噪聲。而且，對(duì)于近似正弦波電壓來(lái)說(shuō)，可使用標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)屏蔽電纜。是否可采用此種方法要取決于所要求的應(yīng)用特性，尤其是速度范圍和動(dòng)態(tài)性能。·在電動(dòng)機(jī)端子處安裝終端裝置(見9.2.5)可抑制電動(dòng)機(jī)端子處的過(guò)電壓。·控制變頻器脈沖間的最小時(shí)間(取決于電纜類型和長(zhǎng)度)?！つ蜎_擊電壓水平符合GB/T20161—2006:當(dāng)采用如7.7所述的未采取任何降低電壓應(yīng)力方法的變頻器時(shí)，電動(dòng)機(jī)僅適用于400V交流供電當(dāng)采用如7.7所述的濾波裝置(集成于變頻器或安裝于系統(tǒng)中)時(shí)，電動(dòng)機(jī)適用于690V交流供電·耐沖擊電壓水平對(duì)應(yīng)于圖17中的曲線A:當(dāng)采用如7.7所述的未采取任何降低電壓應(yīng)力方法的變頻器時(shí)，電動(dòng)機(jī)僅適用于500V交流供電·耐沖擊電壓水平對(duì)應(yīng)于圖17中的曲線B:當(dāng)采用如7.7所述的未采取任何降低電壓應(yīng)力方法的變頻器時(shí)，電動(dòng)機(jī)僅適用于690V交流供電電動(dòng)機(jī)中的磁路不對(duì)稱會(huì)產(chǎn)生低頻軸承電流。這種現(xiàn)象在400kW以上的電動(dòng)機(jī)中更為普遍。非判定哪種機(jī)理更突出的最重要的因素是電動(dòng)機(jī)的大小和電動(dòng)機(jī)的機(jī)座和軸裝意味著適宜的電纜類型和接地導(dǎo)體的適當(dāng)接合，電氣屏蔽以及額定的變頻器高頻循環(huán)電流(Ic)和轉(zhuǎn)軸接地電流(Is)這兩類軸承電流的示意圖見圖18。他們受接地布置和接GB/T21209—2007/IEC/TS 在大電機(jī)中，由圍繞定子軛部的高頻磁通在8.1.2所述的閉合回路中感應(yīng)出高頻電壓。該磁通是由從繞組泄漏到定子疊片的電容性電流所產(chǎn)生。感應(yīng)出的轉(zhuǎn)軸電壓會(huì)影響軸承。如果該電壓足夠大，以至于能擊穿軸承的潤(rùn)滑膜，那么就有補(bǔ)償電流流過(guò)定子以平衡磁通，經(jīng)轉(zhuǎn)軸、軸承和定子機(jī)座形成閉環(huán)。這些高頻電流可疊加于8.1.2所述的低頻電流之上。8.2.3轉(zhuǎn)軸接地電流泄漏到定子機(jī)座的電流須回流到它的源頭變頻器中。任何回流路線都包含阻抗，因此與地電平相比機(jī)座電位更高。如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸經(jīng)傳動(dòng)機(jī)械接地，那么電動(dòng)機(jī)軸承將承受機(jī)座增加的電壓。如果該電壓的增加超出了潤(rùn)滑膜的絕緣能力，那么就會(huì)有部分電流流經(jīng)軸承、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)機(jī)械再返回至變頻器。8.2.4電容性放電電流共模電壓在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電容上的電壓分布會(huì)引起足夠大的軸承電壓并產(chǎn)生高頻軸承電流脈沖(稱作靜電放電加工電流)。如果轉(zhuǎn)軸沒(méi)有經(jīng)傳動(dòng)機(jī)械接地而是電動(dòng)機(jī)機(jī)座接地保護(hù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。8.3共模電路共模電路是在包括電動(dòng)機(jī)及其軸承、負(fù)載和變頻器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)中，供循環(huán)電流流過(guò)的一個(gè)封閉的回路。量是對(duì)稱和平衡的，但無(wú)法在僅有兩個(gè)輸出電平的情況下使瞬時(shí)三相輸出電壓的中性節(jié)點(diǎn)測(cè)得(或在非Y形連接的電動(dòng)機(jī)繞組的模擬中性節(jié)點(diǎn)測(cè)得)。該電壓與直流總線電壓成比從電動(dòng)機(jī)機(jī)座回流至變頻器外殼的泄漏電流的回流路徑包括電動(dòng)機(jī)機(jī)如果機(jī)器的轉(zhuǎn)軸與地電平?jīng)]有直接的接觸，則電流將經(jīng)由齒輪箱或電動(dòng)機(jī)中的雜散電容很小(見圖19),對(duì)低頻呈現(xiàn)出高阻抗而阻塞了低頻電流。然而，現(xiàn)代變頻器凈軸向電流在定子疊片中流通產(chǎn)生的高頻環(huán)形磁通，并在回路中產(chǎn)生8.1.2所述的軸向電壓。如流入軸承的電流可根據(jù)軸承的情況快速變化。例如，只有當(dāng)軸承的滾動(dòng)時(shí)，軸承電容才存在。如果軸承電壓超出了軸承潤(rùn)滑膜C,——轉(zhuǎn)子-定子電容；8.5過(guò)量軸承電流的后果圖20和圖21所示為由于共模電流和放電所引起的典型的軸承損壞。·適宜的布線和接地系統(tǒng)；·改變軸承電流回路；·使用絕緣軸承?！?duì)于可能被軸承電流損壞的負(fù)載或其他設(shè)備采用非導(dǎo)電聯(lián)軸器?！ぴ谵D(zhuǎn)軸和電動(dòng)機(jī)機(jī)座之間用電刷接觸。·盡可能使用低電壓電動(dòng)機(jī)和變頻器?！ぷ冾l器以滿足噪聲和溫度要求的最低開關(guān)頻率運(yùn)行?！け苊馐褂秒p重轉(zhuǎn)換(并聯(lián)開關(guān))。表5對(duì)其中一些方法的效果進(jìn)行了對(duì)比。電流類型附加說(shuō)明電容性放電電流1.非傳動(dòng)端軸承絕緣或陶瓷層滾子需要絕緣的聯(lián)軸器2.兩端軸承均絕緣或陶有效：對(duì)此類電流一有效：可能還需要用電刷連接大機(jī)座號(hào)很少用3.兩端軸承均絕緣或陶瓷滾子，再用絕緣聯(lián)軸大電機(jī))。避免損壞負(fù)載機(jī)械。需要維修GB/T21209—2007/IEC/TS6表5(續(xù))電流類型附加說(shuō)明電容性放電電流需要電刷，非傳動(dòng)端裝轉(zhuǎn)速計(jì)需保護(hù)要小需要維修。大機(jī)座號(hào)常用。傳動(dòng)端用電刷要小需要維修要小要小需要維修共模電壓10.聯(lián)軸器絕緣11.機(jī)座與負(fù)載機(jī)械對(duì)于100kW以上電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械的外部接地條件要求電動(dòng)機(jī)機(jī)座與驅(qū)動(dòng)機(jī)械之間搭接。典型的應(yīng)用有水泵(用水接地)和集中潤(rùn)滑的齒有另外的電動(dòng)機(jī)部件間進(jìn)行搭接(見圖22),例如在電PE———圖22電動(dòng)機(jī)接線盒與機(jī)座搭接如以屏蔽層作為防護(hù)導(dǎo)線，屏蔽層電導(dǎo)至少應(yīng)達(dá)到相導(dǎo)體電導(dǎo)的50%,高頻情況下至少要達(dá)到10%。對(duì)于用銅或鋁屏蔽/鎧裝層來(lái)說(shuō)，這些低，就需要更大的橫截面且屏蔽螺旋應(yīng)具有較小的梯度。屏蔽層電鍍將增大其高流過(guò)(見第8章)。對(duì)屏蔽層的表面?zhèn)鬏斪杩惯M(jìn)行估計(jì)可以評(píng)定其EMC效果。即使在高頻狀態(tài)下該阻·帶一同心的銅或鋁防護(hù)層的三芯電纜(見圖23A)。在這種情況下，各相線彼此等距且與屏蔽層·帶三根對(duì)稱接地導(dǎo)體和一同心屏蔽/鎧裝三芯電纜(見圖23B)。該類電纜的屏蔽層僅用于·用鋼和鍍鋅鐵絞線(小節(jié)距)作屏蔽/鎧裝的三芯電纜(見圖23C)。如果屏蔽層的橫截面不夠A@?B@PEC0M3~w言wM3~圖23電動(dòng)機(jī)電纜屏蔽層連接實(shí)例路徑的兩端與接地系統(tǒng)搭接。需注意源自這些電纜的磁場(chǎng)可能會(huì)在附近的金當(dāng)連接大功率變頻器和電動(dòng)機(jī)時(shí)因電流很大需要用多根電纜并聯(lián)，這時(shí)應(yīng)按照?qǐng)D24采用易于(對(duì)圖24大功率變頻器和電動(dòng)機(jī)多根電纜并聯(lián)連接9.1.4.3電纜的線端要確保電纜屏蔽層與變頻器和電動(dòng)機(jī)外殼高頻電連接，就要求電動(dòng)機(jī)接線盒采用如鋁、鐵等導(dǎo)電金屬制造。屏蔽層應(yīng)沿電纜周圍360°連接，這樣從直流到70MHz頻率范圍內(nèi)均有較低的阻抗，能有效降低轉(zhuǎn)軸和機(jī)座電壓和改善EMC性能。圖25和圖26所示分別為小功率電動(dòng)機(jī)和變頻器的較好的應(yīng)用實(shí)例。 電動(dòng)機(jī)接線盒處的屏蔽層連接應(yīng)采用如圖27a)所示的EMC電纜接頭或圖27b)所示的屏蔽接線夾。變頻器外殼處也要按照此要求連接。GB/T21209-2007/IEC/TS圖27電纜屏蔽層連接9.1.4.4輔助設(shè)備的布線和接地為防止在系統(tǒng)內(nèi)形成電流通路而引發(fā)錯(cuò)誤讀數(shù)或損壞，一些輔助設(shè)備(如轉(zhuǎn)速計(jì)等)在電氣上應(yīng)與電動(dòng)機(jī)絕緣。對(duì)于聯(lián)接器型的編碼器，可采用絕緣的聯(lián)軸器。對(duì)于空心軸型轉(zhuǎn)速計(jì)可通過(guò)球關(guān)節(jié)或安裝臂絕緣。轉(zhuǎn)速計(jì)電纜屏蔽層應(yīng)與其外殼絕緣。屏蔽層的另一端在變頻器處接地?？招妮S轉(zhuǎn)速計(jì)的空心軸與外殼之間有電氣絕緣時(shí)，允許電纜屏蔽層與轉(zhuǎn)速計(jì)外殼連接。脈沖編碼器最好采用雙屏蔽電纜接線。為了減小高頻干擾，屏蔽層應(yīng)通過(guò)電容在編碼器端接地。單屏蔽電纜可用于模擬轉(zhuǎn)速計(jì)。為了防止不需要的耦合，輔助設(shè)備的電纜線路應(yīng)與動(dòng)力布線分開。9.1.4.5集成傳感器的布線通常，9.1.4.4所給出的對(duì)模擬轉(zhuǎn)速計(jì)的建議適用于與電機(jī)集成的傳感器(例如，熱電偶)。然而，由于其接線通常在電動(dòng)機(jī)內(nèi)與動(dòng)力