??0 引言 ? ??隨著世界性的環境保護意識的提高和節能要求的迅速發展，特別是在工業用電機控制中，以電力半導體組件組裝的變頻器正成為應用的主流。 ??但當變頻器和電機之間的接線距離很長時，電機接線端因變頻器的高速開關過程引起的微浪涌電壓，給電機的絕緣帶來影響，造成電機損傷。這里把浪涌稱為微浪涌是為了區別于雷電等突發的強大浪涌，微浪涌從示波器上看是密集的、連續存在的、很窄的尖峰電壓。 ??本文對微浪涌電壓的發生機理及其對電機的影響作了分析，介紹了抑制微浪涌電壓的技術，以及最近出現的衰減微浪涌電壓的產品和采用細線徑傳輸為特征的微浪涌抑制組件的工作原理等。 ? ??1 微浪涌電壓的發生機理 ? ??1.1 變頻器的輸出電壓波形 ??變頻器主要由把交流市電整流成直流的整流器、平滑電壓脈動的電容器、6 個開關器件構成的逆變器所組成。如圖1 所示，逆變器部分輸出由改變脈沖寬度（PWM 波）形成的等效正弦波交流電壓去驅動電機。近幾年的變頻器為了使電機低噪音化，逆變部分的開關器件采用IGBT進行著高速開關動作。因此，在PWM 波的每個脈沖上升和下降時，即開關時間以非常短的時間駐t=0.1~0.3 滋s切換著的時候，使逆變器內部的直流電壓Ed（400 V電力系統用逆變器的Ed=600 V左右）因切換所形成的電壓變化率dv/dt變得很大，這是產生微浪涌的主要根源之一。 ??1.2 微浪涌電壓 ??微浪涌電壓是變頻器和電機之間的接線長度很長時，在電機接線端產生的極細的尖峰浪涌電壓。如圖2所示，逆變器的輸出電壓是脈沖狀，在電機接線端子上發現在脈沖狀的波形上又疊加了微浪涌電壓尖峰。一般情況下，微浪涌電壓的尖峰值將會是逆變器內部的直流電壓的2 倍。 ??1.3 阻抗不匹配形成的反射 ??變頻器的輸出脈沖上升或下降時間很短，是疊加在變頻器輸出給電機的驅動頻率（基波）及脈沖調制頻率（調制波）之外的高頻成分。一般情況下，變頻器與電機連接電纜的阻抗ZL是50~100 贅，而電機本身的阻抗ZM，一般數百kW的電機也都超過1 k贅，是電纜阻抗的10 倍以上。這樣，在電機的接線端子上將發生阻抗的不匹配現象，造成高頻波成分的反射。在不匹配阻抗連接處的反射系數M為 ?? ??變器的輸出脈沖同一極性、幾乎同一大小的反射波，疊加后成為微浪涌尖峰電壓。圖3 形象地表示了反射的情況，微浪涌電壓就像海浪遇到障礙一樣被抬得很高。圖4 表示實際電纜和電機的阻抗差別，一般電機的阻抗是電纜特性阻抗的10 倍以上，所以反射總是存在。 ? ?? ?? ?? ? ??1.4 微浪涌發生的實例 ??某一變頻器和電機額定值都是AC 400 V輸入、功率3.7 kW，運行電網電壓AC 460 V，輸電電纜長度50 m。空載條件下，測量出變頻器內部直流中間電壓為620 V，用示波器看到的電機接線端子上的微浪涌波形如圖緣所示，圖中，微浪涌電壓值高達直流1 250 V，這對電機絕緣產生破壞并加速其老化。 ? ?? ? ??測量變頻器與電機間不同布線電纜長度時的微浪涌電壓如圖6 所示，這是在IGBT 調制頻率2 kHz，脈沖上升時間駐t=0.1 滋s 的常見條件下的測量值，可以看到電纜長度超過100 m后，微浪涌電壓保持在變頻器內部直流電壓2 倍的水平不變。而電纜長度超過20 m就要重視微浪涌電壓可能已經超過變頻器內部直流電壓1.8 倍的情況。 ? ?? ? ??2 微浪涌電壓對電機的影響 ? ??電機內部的斷面如圖7 所示。電機有定子和轉子，定子內有安放三相線圈的槽。如果放大槽的內部，可以看到有許多的線圈（漆包線），各線圈對地之間、各相之間、線匝相互之間都有絕緣存在。通常對地、相間都有絕緣紙插入，而線匝之間沒有絕緣紙插入，它利用堅固的漆包線的漆層獲得絕緣。微浪涌電壓給這些絕緣全部帶來影響，這些絕緣損壞之中，線圈匝間損壞最多。表1 列出了有關電機內部各絕緣部分承受的電壓值，也稱為電壓應力，提供了用市電電源驅動電機和用變頻器驅動時相比較的資料。 ? ?? ?? ? ??2.1 對線圈匝間的絕緣破壞