引言 近二十年來(lái)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用愈加廣泛,2006中國(guó)變頻器市場(chǎng)研究報(bào)告顯示,中國(guó)的變頻器市場(chǎng)在過(guò)去幾年內(nèi)保持著15%-20%的高速增長(zhǎng),在2006年,由于工業(yè)行業(yè)及建筑業(yè)的迅猛發(fā)展以及各行業(yè)的大量投資,當(dāng)年同比增長(zhǎng)達(dá)到了近40%,市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)了85億元人民幣. 隨著變頻裝置的大量應(yīng)用,與之配套使用的變頻電纜的需求也與日俱增,市場(chǎng)年需求量也以年30%的速度遞增。變頻電纜作為變頻器與負(fù)載之間動(dòng)力及信號(hào)傳輸?shù)碾娎|,其設(shè)計(jì)和使用滿足變頻工況下的特殊要求。
2 變頻器工作原理 變頻器的工作原理是把市電(380V、50Hz)通過(guò)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(wú)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。
目前的變頻電源是通過(guò)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(lái)了新問(wèn)題。變頻器中通常通過(guò)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)具有更高的絕緣裕度。在實(shí)際使用過(guò)程中,經(jīng)常遇到變頻器高次諧波的干擾問(wèn)題,下面簡(jiǎn)單介紹諧波產(chǎn)生的機(jī)理、傳播途徑等問(wèn)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)銹WM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(guò)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(wèn)題: (1)電纜本體對(duì)外發(fā)射電磁波,抑制高次諧波通過(guò)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可靠性上顯得尤為重要。