變頻器工作原理 變頻器的工作原理是把市電通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件組成的三相逆變器，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)制方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動異步電機(jī)，實現(xiàn)無級調(diào)速。
目前的變頻電源是通過電力半導(dǎo)體器件調(diào)壓，較大程度上改變了波形特性，從而對電機(jī)和電纜帶 來了新問題。變頻器中通常通過大功率的自關(guān)斷開關(guān)器件（BJT、IGBT等）進(jìn)行整流、然后對直流電壓進(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。同時由于高次諧波的存在，使得變頻電纜應(yīng)具有更高的絕緣安全裕度。在實際使用過程中，經(jīng)常遇到變頻器高次諧波的干擾問題，下面簡單介紹諧波產(chǎn)生的機(jī)理、傳播途徑等問題。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載波信號調(diào)制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM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，高次諧波電流通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。因此，針對變頻器的工作特點，變頻電纜應(yīng)著重解決以下問題：1電纜本體對外發(fā)射電磁波，抑制高次諧波通過電纜對外界的干擾。2脈沖電壓對絕緣的影響，防止脈沖電壓對 電纜的影響。變頻電纜從電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計上解決防干擾能力及絕緣的安全可靠性上顯得尤為重要。
變頻電纜的工作特點: 電纜本體對外發(fā)射電磁波,一般變頻家用電器為單相供電，長度很短，功率也較小，設(shè)計時已將變頻電源、連接電纜和變頻電機(jī)一并設(shè)置在金屬殼內(nèi)，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，電機(jī)功率較大，連接變頻電機(jī)和變頻電源之間的電纜長度長，在工作時電纜就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載體，對于周圍鄰近地區(qū)的通信工具（如無繩）或調(diào)幅接受器（如收音機(jī)調(diào)幅波段）將產(chǎn)生干擾，有時情況也比較嚴(yán)重，稱之為電磁波的環(huán)境污染，國外已對這種電纜提出要求，我們也已提出了相關(guān)EMC測試及控制方法。雖然目前沒有國家規(guī)范規(guī)定電纜發(fā)射電磁波造成環(huán)境污染的考核指標(biāo)，但抑制對外高頻干擾是必須做到的。要想達(dá)到高頻干擾的有效抑制，變頻電纜屏蔽結(jié)構(gòu)是尤為重要的。屏蔽結(jié)構(gòu)是抑制對外高頻干擾方法，而屏蔽結(jié)構(gòu)分為銅絲編織屏蔽及銅隨著銅絲編織密度的增大，屏蔽抑制系數(shù)也不斷增長，編織密度越大，屏蔽效果越好。反之，當(dāng)編織密度較低時，屏蔽抑制系數(shù)也偏低當(dāng)電纜采用銅帶屏蔽時，其屏蔽抑制系數(shù)是較高的，采用銅絲編織屏蔽時，其屏蔽效果才與銅帶屏蔽相當(dāng)。所以，變頻電纜應(yīng)盡量采用銅帶屏蔽，以確保屏蔽效果。制造者習(xí)慣 采用銅線編織屏蔽，實際上這并不是方法，材 料消耗大、加工速度慢、屏蔽效果不是較理想。采 用銅帶搭蓋繞包并軋紋是較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和工藝，形成了全封閉金屬層，可達(dá)到有效的屏蔽功能。當(dāng)電纜采用銅帶屏蔽時，不同厚度銅帶對屏蔽效果的影響也應(yīng)予以考慮，銅帶厚度不能太薄，以保證抑制電磁波對外發(fā)射。如圖6所示，當(dāng)銅帶厚度較薄時，屏蔽抑制系數(shù)也很低，屏蔽效果不好，而隨著銅帶厚度的增加，其屏蔽效果得到了提高，但應(yīng)注意，當(dāng)銅帶達(dá)到一定厚度后，屏蔽抑制系數(shù)的數(shù)值變化不再明顯。 脈沖電壓對絕緣的影響變頻電源的頻率調(diào)節(jié)范圍較寬，不論頻率高低，具有一個主頻率的波形輪廓，它包含了許多高次諧波，作為一種行波經(jīng)多次反射，幅值疊加可達(dá)到工作電壓數(shù)倍，電纜越長，幅值越高，若電纜絕緣安全系數(shù)不高，可能被擊穿。因此為確保電纜安全，我們從以下三個方面著手：增大絕緣厚度，提高絕緣耐電壓能力，同時選用絕緣性能較好材料。電纜絕緣厚度可采用對應(yīng)電壓等級的規(guī)定，若適當(dāng)加厚，當(dāng)然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。一般陸用情況下，采用聚氯乙烯絕緣并不理想，因為其介質(zhì)系數(shù)偏大，在交變電場作用下，其介質(zhì)損耗也很大。而采用交聯(lián)聚乙烯絕緣則較為合適，交聯(lián)聚乙烯材料介質(zhì)系數(shù)低，介質(zhì)損耗小，同時其耐溫等級和機(jī)械性能也比聚氯乙烯好，其兼有機(jī)、電、熱等優(yōu)良性能。采用交聯(lián)聚乙烯作為絕緣材料是比較適合的選擇。導(dǎo)體外增加半導(dǎo)電層以均化電場，減少*放電。 導(dǎo)體在加工過程中，可能會在表面產(chǎn)生缺陷（如毛刺），導(dǎo)體外沒有半導(dǎo)電層，則在缺陷處產(chǎn)生電場畸變，容易產(chǎn)生擊穿破壞絕緣。如施加半導(dǎo)電層后，由于半導(dǎo)電層的存在，導(dǎo)體表面電場得到均化，可有效避免絕緣擊穿。電纜采用對稱結(jié)構(gòu)，以達(dá)到均化電場和各相均衡。對于四芯低壓電纜，首先是改善絕緣線芯的排列，假如電纜的四個芯直接成纜，是不對稱結(jié)構(gòu)，如果將第四芯分解為三個截面較小的絕緣芯，把三大三小線芯對稱結(jié)構(gòu)成纜,二種情況相比較，對稱型電纜各主線芯間距離相等位置固定，電纜內(nèi)部電場均化，對絕緣安全比較有利。另外，完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當(dāng)三相電流平衡時，其中性線的電流為零，若出現(xiàn)三次諧波，則三次諧波的電流分量在中性線內(nèi)不存在相位差，所以直接疊加成分量的三倍。若變頻原供電對象是三個單相變頻電機(jī)，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面應(yīng)不小于相截面。為了取得很好的各相均衡特性，宜采用對稱結(jié)構(gòu)。屏蔽層接地措施 屏蔽層接地良好是抑制電磁波對外發(fā)射的必要條件，銅線編織屏蔽的接地方式較容易解決，而縱包銅帶軋紋屏蔽需用夾具接地，夾具與軋紋銅管的接觸面應(yīng)當(dāng)吻合，接地線由夾具尾端引出。外護(hù)套 這種電纜大多數(shù)敷設(shè)在室內(nèi)，一般不需鎧裝，雖然不*排除用聚氯乙烯護(hù)套，但選用高密度聚乙烯更為合適。但另一方面提高變頻電源輸出電壓相對比較容易，提高電壓后,中壓變頻電機(jī)功率可大幅度增加，此時電纜的電壓等級也必須跟上。由于工作電壓的提高，高頻電磁波的發(fā)射能力明顯增強(qiáng)，所以屏蔽結(jié)構(gòu)要求更完善。在變頻電纜工作條件下，同軸電纜是一種合適的結(jié)構(gòu)，所以變頻電纜的三個主線芯采用同軸結(jié)構(gòu)，總屏蔽的結(jié)構(gòu)與低壓變頻電纜相同。
變頻電纜BPTPLVPL屏蔽標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl2706
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ZRC-BPFFPP2、ZRC-BPFFP3、ZRC-BPVVP、ZRC-BPVVP2、ZRC-BPVVPP2、ZRC-BPVVP3
交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向，其應(yīng)用領(lǐng)域也相應(yīng)地進(jìn)入了一個新的高潮，目前在磁懸浮列車、高速鐵路、石油采油的調(diào)速、超聲波驅(qū)油等領(lǐng)域也得到了大量的應(yīng)用。有資料表明我 國變頻器市場的增長速度每年都在10%以上。雖然變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，但對于許多工程技術(shù)人員來說變頻技術(shù)尚屬于一門新的技術(shù)。同時，在此情況下也帶來了電機(jī)和變頻器之間電力電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計和如何正確選用電力電纜等成為一個新的課題。鑒于這方面的原因，本文對變頻系統(tǒng)用電力電纜結(jié)構(gòu)、相關(guān)性能要求以及電纜的接線方式等方面作一介紹。供相關(guān)電纜制造和電氣設(shè)計技術(shù)人員作參考。 2國外典型變頻系統(tǒng)用電力電纜結(jié)構(gòu)介紹 2.1ABB公司認(rèn)可的電纜結(jié)構(gòu)及相關(guān)要求 2.1.1主電電纜為滿足工業(yè)環(huán)境的一般電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)，主電電纜必須是三芯或四芯屏蔽電纜。電纜屏蔽的有效性規(guī)則是，屏蔽層越緊密電磁輻射的水平就越低?？梢曰谄帘螌拥慕Y(jié)構(gòu)或傳輸阻抗來評價它的有效性：屏蔽結(jié)構(gòu)：電纜的屏蔽層采用銅絲纏繞在三芯或四芯相線的外面，帶有一個螺旋形銅帶，減小了屏蔽層孔的大小。屏蔽層傳輸阻抗：在100MHz范圍以內(nèi)，傳輸阻抗必須等于或小于1Ω/m。2.1.2電機(jī)電纜電機(jī)電纜屏蔽必須滿足上述主電電纜屏蔽的低要求。屏蔽結(jié)構(gòu)：電纜的屏蔽層至少包括一個銅帶重疊的層和銅絲纏繞的層繞包在三芯或四芯相線的外面，也可選擇銅絲編織作為屏蔽層。 變頻系統(tǒng)用電力電纜這種電纜是由ANIXTER公司和原BICC公司聯(lián)合研制開發(fā)的，在變頻系統(tǒng)應(yīng)用有著很多的業(yè)績。主要原因是這種電纜采用3根相線+3根接地線的對稱電纜結(jié)構(gòu)，并在電纜的結(jié)構(gòu)元件中設(shè)計了一層縱包焊接波紋鋁護(hù)套作為屏蔽層，屏蔽層一是防止電磁干擾；二是具有極低的傳輸阻抗。 變頻系統(tǒng)用電力電纜的具體規(guī)范是：導(dǎo)體：絞制裸退火銅； 絕緣：XLPE；成纜：采用3根相線+3根接地線的對稱電纜結(jié)構(gòu)。鋁護(hù)套：采用連續(xù)密封縱包焊接的波紋鋁護(hù)套，加工完成的鋁護(hù)套必須 進(jìn)行壓力試驗；外護(hù)：黑色的耐光照PVC。該電纜在變頻系統(tǒng)中使用具有以下優(yōu)點：鋁護(hù)套提供了一個均勻*的電場，該電場能夠在電壓倍增之前增大了電機(jī)和傳動器之間的允許長度；高強(qiáng)度絕緣材料的使用，使得電纜能夠承受由于反射導(dǎo)致的巨大電壓峰值（2-3X）；鋁護(hù)套起到一種有效的屏蔽作用，從而減小了相鄰電路間的串?dāng)_；鋁護(hù)套為一種低阻抗的路徑，可防止產(chǎn)生的高頻噪音擴(kuò)散到地面的電網(wǎng)； 外護(hù)套還起到一個絕緣的作用，可避免由于多個接地 點導(dǎo)致的接地電流的循環(huán)。3 不同電力電纜結(jié)構(gòu)及EMC相關(guān)評價 EMC是電磁兼容的簡稱。IEC對其的定義是"設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能工作正常且對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁擾的能力"。EMC已成為產(chǎn)品認(rèn)證領(lǐng)域的新熱點，它將成為電氣工程設(shè)計和研究人員在設(shè)計過程中必須考慮的主題。表1提供了屏蔽和不屏蔽，對稱芯線和不對稱芯線、平行芯線的各種電力電纜EMC評價。通過比較，3+3對稱芯線帶屏蔽的結(jié)構(gòu)性能，經(jīng)驗也表明，采用對稱屏蔽電纜也可以減少傳動系統(tǒng)的電磁輻射，以及減小電動機(jī)的軸電流和由此引起的軸承磨損。表1的意義還在于，當(dāng)某種原因未能使用屏蔽電纜的時候，將如何以EMC的角度去選擇其它適用的電纜結(jié)構(gòu)。 電力電纜的EMC評價 普通電力電纜的纜芯為平行絞合結(jié)構(gòu)，且大都呈非對稱形。有文章報導(dǎo)過，普通結(jié)構(gòu)的電力電纜在一些特殊場所使用會暴露出許多問題。對于變頻系統(tǒng)用電力電纜的纜芯結(jié)構(gòu)一般傾向于圖1(a)所示的三芯電纜，電纜纜芯呈對稱形、并均佩有屏蔽層。電纜的導(dǎo)體常規(guī)變頻系統(tǒng)用電力電纜的導(dǎo)體同普通電力電纜相同，特殊場所有采用軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的需求（也即R型導(dǎo)體）。電纜的屏蔽 設(shè)有屏蔽層的電纜能夠有效的抑制內(nèi)、外界的電磁干擾，決定屏蔽層的屏蔽效果好壞常用屏蔽抑制系數(shù)來表示，屏蔽抑制系數(shù)為零說明電纜的屏蔽效果。 變頻系統(tǒng)用電力電纜常采用的屏蔽方式有：銅絲編織屏蔽，銅帶繞包屏蔽，銅絲纏繞屏蔽，銅絲銅帶組合屏蔽，銅帶縱包屏蔽（分軋紋與不軋紋），鋁帶縱包屏蔽（分軋紋與不軋紋），鋼絲銅絲組合屏蔽。縱包結(jié)構(gòu)的屏蔽效果要比繞包結(jié)構(gòu)的好。此外，也有采用鋁/塑復(fù)合帶進(jìn)行繞包或縱包作為屏蔽層，這種屏蔽層應(yīng)用到變頻系統(tǒng)用電力電纜的結(jié)構(gòu)上是否滿足抗電磁干擾的要求還值得商榷。選用何種屏蔽方式要依據(jù)電纜的使用場合而定。屏蔽層的截面一般根據(jù)使用要求 而定，通常屏蔽層的截面是相線截面的50%，也有要求和相線截面相等。 電纜的絕緣 普通電力電纜用絕緣有PVC、XLPE、ERP、CSM、CR/PCP、NBR等材料，從材料的絕緣性能和彎曲性能等方面來考慮，變頻系統(tǒng)用電力電纜的絕緣使用較 多的材料為XLPE和ERP。 4.5電纜的電壓等級目前變頻系統(tǒng)用電力電纜電壓等級均在6/10kV以下，市場用量較大的電壓等級為0.6/1kV。4.6電纜的護(hù)套 變頻系統(tǒng)用電力電纜的護(hù)套材料多為PVC、ERP、無鹵低煙阻燃聚烯烴。
變頻電纜與普通電纜區(qū)別 變頻裝置的節(jié)能效果十分明顯，在大功率電機(jī)中采用變頻調(diào)速電機(jī)，整個發(fā)電機(jī)組可節(jié)電30％。并且使用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，使電機(jī)工作平穩(wěn)，電機(jī)軸承磨損減小，延長了電機(jī)使用壽命和維護(hù)周期。因此，變頻調(diào)速技術(shù)在石油、冶金、發(fā)電、鐵路、礦山等工業(yè)方面得到了廣泛的使用。電纜對稱性設(shè)計,對于1.8／3KW及以下變頻電機(jī)電纜，和對稱3＋1芯和4芯電纜僅可用于主電源的輸入纜，但使用對稱結(jié)構(gòu)電纜。變頻器與變頻電機(jī)問電纜均需采用對稱電纜結(jié)構(gòu)，對稱電纜結(jié)構(gòu)有3芯和3+3芯兩種， 3+3芯電纜結(jié)構(gòu)是將三大一小四芯絕緣線芯中第四芯（中性線芯）分解為三個截面較小的絕緣線芯，把三大三小線芯對稱成纜，對于6／10kV變頻電機(jī)電纜，該電纜結(jié)構(gòu)與6／10kV普通電力電纜有所不同，普通電力電纜是將三根絕緣線芯采用銅帶屏蔽后成纜，而變頻電機(jī)電纜是由銅絲銅帶屏蔽后擠包分相護(hù)套，然后對稱成纜，對稱電纜結(jié)構(gòu)由于導(dǎo)線的互換性，有更好的電磁相容性，對抑制電磁干擾起到一定的作用，能抵消高次諧彼中的奇次頻率，提高變頻電機(jī)電纜的抗干擾性，減少了整個系統(tǒng)中的電磁輻射。屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計,1.8/3kV及以下變頻電機(jī)電纜的屏蔽一般采用總屏蔽， 6/10kv變頻電機(jī)電纜屏蔽由分相屏蔽和總屏蔽構(gòu)成，分相屏蔽一般可采用銅帶屏蔽或銅絲銅帶組合屏蔽。總屏蔽結(jié)構(gòu)可采用銅絲銅帶組合屏蔽、銅絲編織屏蔽、銅帶屏蔽、銅絲編織銅帶屏蔽等，屏蔽層截面與主線芯截面按一定比例。此結(jié)構(gòu)的屏蔽電纜可抗電磁感應(yīng)、接地不良和電源線傳導(dǎo)干擾，減小電感，防止感應(yīng)電動勢過大。屏蔽層既起到抑制電磁波對外發(fā)射的作用，又可作為短路電流的通道，能起到中性線芯的保護(hù)作用。6/10kV變頻電機(jī)電纜，考慮到電纜在使用過程中經(jīng)常受到徑向外力作用，在電纜屏蔽層外增加鍍鋅鋼帶鎧裝層（在屏蔽層和鋼帶鎧裝層之間加隔離套）。鋼帶鎧裝主要是作為電纜的徑向機(jī)械保護(hù)層，同時它也起到附加性總屏蔽作用，特別是鋼帶鎧裝和銅絲、銅帶屏蔽，是采用了兩種不同屏蔽材料，在電磁波屏蔽上起到一定的互補(bǔ)作用，屏蔽效果將更好.電纜的主要制造工藝技求,在變頻電機(jī)電纜生產(chǎn)過程中，絕緣線芯擠包工序、成纜工序等是關(guān)鍵的工序。 絕緣線芯擠包工序絕緣線芯的質(zhì)量將直接影響到電纜的電氣性能。為了提高電纜的質(zhì)量，我們選擇高電性能絕緣材料生產(chǎn)，例如1.8/3kv變頻電機(jī)電纜，采用10kV交聯(lián)絕緣材料，6/10kv變頻電機(jī)電纜采用35kv交聯(lián)絕緣材料，導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽和絕緣材料均采用了進(jìn)口材料。在生產(chǎn)過程中，我們特別注重原材料的凈化，屏蔽與絕緣材料擠包緊密，控制絕緣偏心度和絕緣外徑的均勻*，這樣可減少界面效應(yīng)，提高電纜電氣性能。成纜工序變頻電纜要求結(jié)構(gòu)對稱，成纜時必須保證絕緣線芯張力均勻，使成纜后的線芯長度盡量保持*，否則會引起結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致電容和電感的不均勻性，影響電纜的電氣性能。而且在具有退扭的成纜設(shè)備上完成。 變頻電纜的結(jié)構(gòu)包括三根主線絕緣線、三根零線絕緣線，在主線絕緣線和零線絕緣線外依次設(shè)置內(nèi)繞包層、銅帶層、外繞包層和外護(hù)套層，形成３＋３線芯結(jié)構(gòu)，使電纜具有較強(qiáng)的耐電壓沖擊性，能經(jīng)受高速頻繁變頻時的脈沖電壓，對變頻電器起到良好的保護(hù)作用。產(chǎn)品用途，變頻電纜主要用于變頻電源和變頻電機(jī)之間連接用的電纜,以及額定電壓1KV及以下的輸配電線路中,作輸送電能用.電纜導(dǎo)體長期允許溫度為90度,短路時溫度250度3安裝敷設(shè)環(huán)境溫度不低于0度,固定敷設(shè)時環(huán)境溫度不低于-10度.4電纜允許小彎曲半徑不小于15D(D-電纜外徑,mm) 產(chǎn)品性能交聯(lián)聚乙烯絕緣、耐溫耐候性好。低傳輸阻抗，電磁兼容性好。低工作電容良好的抗干擾和低輻射性能。對稱的三芯電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有比四芯電纜更好的傳輸性能。
變頻電纜BPTPLVPL屏蔽標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl2706
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