目前的變頻電源是通過電力半導體器件調(diào)壓，較大程度上改變了波形特性，從而對電機和電纜帶 來了新問題。變頻器中通常通過大功率的自關(guān)斷開關(guān)器件進行整流、然后對直流電壓進行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的載波頻率為三千赫茲，而IGBT大功率逆變元件的PWM載頻可達一千五赫茲。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，變頻電纜應著重解決以下問題：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。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)，電機功率較大，連接變頻電機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)幅接受器如收音機調(diào)幅波段將產(chǎn)生干擾，有時情況也比較嚴重，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，但抑制對外高頻干擾是必須做到的。要想達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，當編織密度較低時，屏蔽抑制系數(shù)也偏低當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。所以，變頻電纜應盡量采用銅帶屏蔽，以確保屏蔽效果。制造者習慣 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、屏蔽效果不是理想。采用銅帶搭蓋繞包并軋紋是較為*的結(jié)構(gòu)和工藝，形成了全封閉金屬層，可達到有效的屏蔽功能。當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。當銅帶厚度較薄時，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，但應注意，當銅帶達到一定厚度后，屏蔽抑制系數(shù)的數(shù)值變化不再明顯。
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電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能：結(jié)構(gòu)概述：變頻電纜因其特殊的使用環(huán)境及性能要求使得我們對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要綜合考慮，優(yōu)化組成，就結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，主要從外界對變頻電纜的影響以及變頻電纜對外界的影響兩個方面著手研究，同時還要考慮變頻電纜的絕緣耐壓、敷設(shè)空間、彎曲半徑等等。一般來說，變頻電纜主要有三種結(jié)構(gòu)，E指接地線芯，其中性能、穩(wěn)定，選型*的是3+3E芯型，本文將對此予以詳細介紹。絕緣：船用變頻電纜目前采用的絕緣材料主要是硬質(zhì)乙丙橡膠和交聯(lián)聚乙烯，二者的電氣性能非常*，有著較高的絕緣電阻常數(shù)，可承受較高的電壓等級，尤其是承受變頻電纜使用過程中高次諧波疊加造成電流過大引起的脈沖電壓。為盡量減少變頻電纜運行時與周圍環(huán)境的相互干擾，增強電纜抗高次諧波，加強屏蔽作用，滿足電磁兼容，使整個設(shè)備機組能夠穩(wěn)定工作，在電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計上多采用芯對稱結(jié)構(gòu)的變頻電纜。導體結(jié)構(gòu)：由于變頻電纜主要敷設(shè)的地點多為船艙內(nèi)，使得變頻電纜的敷設(shè)空間較小，這就要求在保證性能的基礎(chǔ)上電纜的外徑、重量、彎曲半徑等盡量小。型結(jié)構(gòu)是指變頻電纜由三根載流絕緣線芯和三根絕緣接地線芯組成的電纜，其中載流線芯和接地線芯交叉絞合，組成對稱結(jié)構(gòu)。其綜合考慮了如何解決外界設(shè)備對電纜的影響及電纜對設(shè)備的影響兩方面的效果。
中壓變頻電纜工作原理：電壓等級隨著電力、電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，交流電機變頻技術(shù)日益完善并迅猛發(fā)展，中小容量低壓變頻已廣泛應用，由于中、高壓大容量交流電機需求的場合越來越多，這就要求變頻電壓等級必須進一步提高，目前工業(yè)領(lǐng)域中十千伏及以下中壓電機采用變頻調(diào)速越來越多。中壓電機實現(xiàn)變頻調(diào)速原理通常采用以下三種方案:高-低-高方案；高-低-低方案；高-高方案。這三種方案基本可以涵蓋工業(yè)領(lǐng)域的各種應用及改造項目，總體而言方案高-低-高是目前使用常見的一種方案。這就要求在變頻器和電機之間的電纜必須采用相應電壓等級的中壓變頻電纜，下面簡稱中壓變頻電纜。
脈沖電壓對絕緣的影響。電機的調(diào)速基本原理為變頻器給電機提供不同頻率的電源，其頻率范圍可達一百到四百赫茲。這種頻率變化電源在電纜傳輸中，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，幅值疊加可達到工作電壓數(shù)倍，電纜越長，幅值越高。為了使電纜能夠安全長距離傳輸，這就要求中壓變頻電纜具有優(yōu)異的絕緣性能和通過電纜結(jié)構(gòu)的改變來抑制工作電壓的累積倍數(shù)。對外圍控制設(shè)備的影響?在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，電氣控制采用了大量的弱電控制。而由于提供了頻率變化的電源，變化的電場在傳輸過程中就會產(chǎn)生變化的磁場，這樣交替變化的電磁場就會對弱點設(shè)備造成影響，稱為電磁波的環(huán)境污染。這就要求中壓變頻電纜具有良好的電磁屏蔽性能。變頻設(shè)備的接地在交流電傳輸過程中，當三相電流平衡時，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，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，這就要求中壓變頻電纜必須要有中心線，而且中心線截面不能小于相線截面。
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