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變頻調速對電機絕緣性能的影響

半導體元器件的廣泛應用導致了高效、快速的開關電源的發展。但是變頻器電源在使用的IGBT晶體管的高頻轉化過程中,會帶來一些不良影響,如電磁輻射的增加和電壓峰值的可能性,以及在電壓上升速率時出現的高dv/dt比(電壓的時間導數,即電位上升速率)。變頻驅動器供電電機端子。根據控制特性(柵極電阻、電容器、命令電壓等)和所采用的脈寬調制(PWM),當感應電機由變頻器電源供電時,這些脈沖與電纜和電機的阻抗結合可能會在電機端子上造成重復的過電壓。此脈沖序列可能會降低電機絕緣系統,從而降低電機壽命。
 
電纜和電機可以看作是由變頻器矩形脈沖激勵的諧振電路。當R、L和C的值達到峰值電壓超過電源電壓(Vdc≈1.41 VIN)時,電路對這種激勵的響應就是所謂的“過沖”。過沖對隨機繞組匝間絕緣的影響尤其顯著,它取決于幾個因素:電壓脈沖上升時間、電纜長度和類型、連續脈沖之間的最小時間、開關頻率和多電機運行。
 
脈寬調制電壓從最小值上升到最大值需要一段時間。這一時期通常被稱為“上升時間”。由于變頻驅動級開關速度快,電壓波前的增長過快,隨著電力電子技術的發展,和交流變頻電源行業的快速發展,這些過渡時間越來越短。
 
然后,變頻驅動的饋電機受到極高的dv/dt速率,因此單相第一線圈的第一圈被送至高電壓水平。因此,VFD可以顯著增加電機線圈內的電壓應力,盡管由于線圈的電感和電容特性,脈沖在隨后的線圈上受到阻尼。
 
因此上升時間(Tr)直接影響絕緣壽命,因為脈沖波前增長越快,第一線圈的dv/dt比越大,匝間電壓水平越高,導致絕緣系統磨損越快。因此,電機絕緣系統應具有良好的介電特性,以承受在脈寬調制環境中發生的電壓梯度升高。


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