西门子PROFIBUS通讯电缆代理经销

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  配置选型声明

在本推文中所陈述的相关措施方法，以及对应的硬件配置仅作为一般性原理陈述，针对具体现场的实际情况需要详细核对现场采取正确的应对手段进行处理，详细情况需要咨询相关技术人员。

2 电机绝缘标准

2.1

  变频器运行下的电机绕组绝缘

逆变器中的IGBT快速导通与关断所引起的陡峭电压边沿，通过较长的电机电缆传输过程中所产生的反射电压将作用于电机绕组上。

图2-1 逆变器输出特性及经过长线传输至电机端的电压波形特性

IEC 60034-18-41:2019 (Rotating electrical machines – Part 18-41: Partial discharge free eletrical insulation systems(Type I) used in rotating electrical machines fed from voltage converters – Qualification and quality control tests)定义了运行于采用脉宽调制的电压源型变频器下的电机绕组绝缘系统的脉冲电压绝缘等级IVIC及规定了4类绝缘强度。

表格2-1 脉冲电压绝缘等级、反射系数及脉冲上升时间

对于采用西门子SINAMICS低压变频器（功率器件为IGBT，2-电平脉宽调制电压源型变频器），作用于电机绕组的反射系数一般为1.7~2.0，电机绕组绝缘依据C类设计。这样电机绕组绝缘电压等级如下表：

表格2-2 电机绕组绝缘电压等级

表格2-2中几个电压概念的图示：

图2-2 运行于采用IGBT功率器件的电压源型2-电平变频器下的电机绕组几个电压表达

3 相关措施

3.1

  变频器(逆变器)输出侧电抗器

输出侧电抗器可对电机端的 dv/dt 变化率进行抑制。

由于逆变侧采用快速开关器件 IGBT，将在变频器输出端和电机端产生很高的 dv/dt。电压变化率通过在电机侧加装电抗器抑制。

对于没有采用输出电抗器的系统，逆变器输出电压变化率为 3kV/μs~6kV/μs 的电压边沿沿电缆传输到电机端，产生同样高的电压变化率。

图 3-1  a)不带输出电抗器

图 3-1  b)带输出电抗器

在安装了电机侧输出电抗器时，电抗器感抗与电缆寄生电容形成谐振电流，从而大大减小电压变化率 dv/dt。对于长线屏蔽电缆来说，电压变化率将降至若干 100V/μs（如图 b）。

然而，由输出电抗器和电缆寄生电容构成的谐振电路仅起到相对较弱的阻尼作用，这样可能会发生比较严重的电压超调。其结果是在电机端产生的电压尖峰与无输出电抗器系统中由反射造成的电压尖峰基本相同。

由于电机电抗器仅仅抑制电压变化率而非电压尖峰 Vpp，所以对比于无输出电抗器系统中的电机绝缘强度并未减轻。所以电机侧输出电抗器并不能做为降低 500V~690V 供电的电机绕组绝缘强度的合适解决方案，故需采用特殊绝缘强度的电机系统。电机绕组绝缘强度的问题可通过 dv/dt 滤波器+VPL，或正弦波滤波器解决。

3.2

dv/dt 滤波器 + VPL

dv/dt + VPL 滤波器包括两个组件：dv/dt 电抗器和电压抑制网络（峰值电压抑制器）。

图 3-2  dv/dt滤波器+VPL结构框图

dv/dt 电抗器与电机侧输出电抗器的作用一致。与所连接的电机电缆上的寄生电容和内置在抑制网络中的电容形成谐振电路，将电压变化率限制在如下数值，此时与所连接的电机电缆长度无关：

抑制网络主要包括二极管整流桥，连接 dv/dt 电抗器的输出到逆变器直流母线上，那么dv/dt 电抗器输出的电压超调将被限制在直流母线电压范围内，进而抑制了电机电缆上的尖峰电压。由于电压陡度的减小，dv/dt 滤波器输出电压与电机端的电压基本一致。

图 3-3  a)不带 dv/dt 滤波器

图 3-3  b)带 dv/dt 滤波器+VPL 或

紧凑型 dv/dt 滤波器 + VPL

dv/dt 滤波器+VPL 和紧凑型 dv/dt 滤波器 + VPL 可有效抑制电机绕组的电压变化率和电压尖峰 Vpp：

►  dv/dt 滤波器 + VPL：

     电压变化率 dv/dt<500V/μs

     尖峰电压 Vpp（典型值）<1000V， 在 Vline<575V 下

     尖峰电压 Vpp（典型值）<1250V,    在 660V<Vline<690v下

► 紧凑型 dv/dt 滤波器+VPL：

     电压变化率 dv/dt<1600V/μs

     尖峰电压 Vpp（典型值）<1150V， 在 Vline<575V 下

     尖峰电压 Vpp（典型值）<1400V,    在 660V<Vline<690v 下

能