前言

在變頻器應(yīng)用下的電機繞組絕緣承受相較于直接電網(wǎng)供電的更高的電壓強度,

在驅(qū)動中所采用的調(diào)制方式產(chǎn)生了快速上升的電壓脈沖在長線電機電纜中產(chǎn)生的暫態(tài)效應(yīng)將在電機繞組中產(chǎn)生較高的電壓強度。

對于供電電壓低于500V的最大多數(shù)標準電機完全可承受由此產(chǎn)生的電壓強度。

對于供電電壓高于500V的電機，需要增強繞組的絕緣系統(tǒng)。也可采用抑制電壓強度以符合電機允許水平的附加組件的其他措施。

電機選型原則

對于額定電機電壓<=500V情況：

西門子標準電機完全適用PWM變頻器/逆變器的變頻應(yīng)用。對于第三方電機，在電機電纜超過10m時，需要參考電機供應(yīng)商所提供的電機所能承受調(diào)制脈沖電壓的能力。

對于電機額定電壓>500V直至690V的情況：

對于西門子電機來講需要選擇增強絕緣系統(tǒng)的電機。具有增強絕緣系統(tǒng)的電機較標準電機來講稍有降容。此類電機完全適用PWM變頻器/逆變器的變頻應(yīng)用。

對于第三方電機，在電機電纜超過10m時，需要參考電機供應(yīng)商所提供的電機所能承受調(diào)制脈沖電壓的能力。

選型需要考慮的額外因素

具有“長”電纜的應(yīng)用：

根據(jù)驅(qū)動器額定功率及類型所定義的“電纜長度”，在低功率驅(qū)動系統(tǒng)中的低于10m與對于高功率驅(qū)動系統(tǒng)中的500m范圍內(nèi)會有所變化。

驅(qū)動器的PMW調(diào)制模式的影響：

某些變頻器采用雙極性PWM調(diào)制方式相對于西門子驅(qū)動器采用的單極性PWM調(diào)制方式，理論上對電機繞組的峰值電壓翻倍。

考慮持續(xù)制動工作的頻率：

當驅(qū)動器主要工作于制動狀態(tài)時，這個過程類似于將供電電壓提高20%，這個因素需要考慮。

有源整流：

對于帶有PWM有源整流的驅(qū)動系統(tǒng)，有效的供電電壓將提高約15%。

在氣體防爆場合的應(yīng)用：

需要仔細核對防爆電機的變頻運行相關(guān)規(guī)范?？蛇x擇西門子變頻器驅(qū)動運行防爆電機1MB系列電機。參考推文“1MB5防爆電機選型”。

其他措施：

對于非上述描述的應(yīng)用場合，比如對已有電機驅(qū)動系統(tǒng)升級改造，或所連接的電機相關(guān)數(shù)據(jù)缺失等。需要采取額外的防護措施。

規(guī)范與標準

本文涉及PWM變頻器/變頻器運行的電機繞組的電壓強度的考慮，相關(guān)規(guī)范與標準如下：

IEC TS 60034-17版本3（2002）——對于變頻供電的標準鼠籠式感應(yīng)電機—應(yīng)用指導(dǎo)。

IEC TS 60034-25當前版本1（2004）——對于變頻供電的特殊設(shè)計的電機

IEC 60034-18-41——應(yīng)用于變頻驅(qū)動系統(tǒng)中的電氣絕緣系統(tǒng)的質(zhì)量評估

IEC 60034-27——局部放電（PD）測量等。

范圍

本文重點考慮采用IGBT開關(guān)器件的電壓源性PWM變頻器/逆變器的運行原理及與電機的接口。分析變頻器/逆變器與電機之間的供電電纜傳輸線效應(yīng)以及在電機繞組端部的電壓峰值沖擊。

給出在承受變頻器/逆變器供電下的電機絕緣能力的建議，以及如何控制峰值電壓和過量容性電流的措施。

供電電壓范圍最高至690V。

PWM變頻運行原理介紹

下面介紹的交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，原因在于其節(jié)能及基于低成本免維護交流電機實現(xiàn)靈活的工藝與機械控制?；救框?qū)動系統(tǒng)都采用了功率器件開關(guān)技術(shù)，從而產(chǎn)生很高電壓變化率。

現(xiàn)代交流驅(qū)動器基本都采用了諸如IGBT的快速開關(guān)切換的功率半導(dǎo)體器件的電壓源PWM變頻器/逆變器，原因在于IGBT器件具有良好的可靠性及低開關(guān)損耗特性。

基本工作原理介紹

逆變器中的功率半導(dǎo)體器件（IGBT=絕緣柵雙極性晶體管）是高速電子開關(guān)。將變頻器輸出連接到直流母線的正極或負極。逆變器門極控制信號的持續(xù)時間和直流母線電壓的幅值決定了輸出電壓（即所連接的電機電壓）的大小。

西門子普遍采用空間矢量調(diào)制技術(shù)，在一個脈沖周期（調(diào)制頻率）內(nèi)通過相鄰兩個空間矢量的作用時間和零脈沖作用時間實現(xiàn)電機電壓矢量在空間的移動（電機運行頻率控制）及幅值（基波有效電壓幅值）。

驅(qū)動的脈沖頻率通常采用較高的開關(guān)頻率，好處在于，比如可有效減小電機的噪聲。但是較高的開關(guān)頻率帶來更短的電壓脈沖上升率，將形成很陡峭的上升沿。

下表中樣例描述了功率器件（IGBT）的脈沖上升時間與基波頻率和開關(guān)頻率之間的對比：