中心議題：

• 微浪湧電壓的發生機理
• 微浪湧電壓對電機的影響
• 微浪湧抑製技術

解決方案：

• 采用輸出電路濾波器抑製微浪湧
• 使用浪湧抑製組件抑製微浪湧

隨(sui)著(zhe)世(shi)界(jie)性(xing)的(de)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)意(yi)識(shi)的(de)提(ti)高(gao)和(he)節(jie)能(neng)要(yao)求(qiu)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)工(gong)業(ye)用(yong)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)中(zhong)
，以(yi)電(dian)力(li)半(ban)導(dao)體(ti)組(zu)件(jian)組(zu)裝(zhuang)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)正(zheng)成(cheng)為(wei)應(ying)用(yong)的(de)主(zhu)流(liu)。但(dan)當(dang)變(bian)頻(pin)器(qi)和(he)電(dian)機(ji)之(zhi)間(jian)的(de)接(jie)線(xian)距(ju)離(li)很(hen)長(chang)時(shi)，電(dian)機(ji)接(jie)線(xian)端(duan)因(yin)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)高(gao)速(su)開(kai)關(guan)過(guo)程(cheng)引(yin)起(qi)的(de)微(wei)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)
，給(gei)電(dian)機(ji)的(de)絕(jue)緣(yuan)帶(dai)來(lai)影(ying)響(xiang)

，造(zao)成(cheng)電(dian)機(ji)損(sun)傷(shang)。這(zhe)裏(li)把(ba)浪(lang)湧(yong)稱(cheng)為(wei)微(wei)浪(lang)湧(yong)是(shi)為(wei)了(le)區(qu)別(bie)於(yu)雷(lei)電(dian)等(deng)突(tu)發(fa)的(de)強(qiang)大(da)浪(lang)湧(yong)
，微(wei)浪(lang)湧(yong)從(cong)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)看(kan)是(shi)密(mi)集(ji)的(de)、連續存在的
、很窄的尖峰電壓。

本ben文wen對dui微wei浪lang湧yong電dian壓ya的de發fa生sheng機ji理li及ji其qi對dui電dian機ji的de影ying響xiang作zuo了le分fen析xi，介jie紹shao了le抑yi製zhi微wei浪lang湧yong電dian壓ya的de技ji術shu
，以yi及ji最zui近jin出chu現xian的de衰shuai減jian微wei浪lang湧yong電dian壓ya的de產chan品pin和he采cai用yong細xi線xian徑jing傳chuan輸shu為wei特te征zheng的de微wei浪lang湧yong抑yi製zhi組zu件jian的de工gong作zuo原yuan理li等deng。

1 微浪湧電壓的發生機理

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衝寬度（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 波的每個脈衝上升和下降時

，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電力係統用逆變器的Ed=600 V左右）因切換所形成的電壓變化率dv/dt變得很大
，這是產生微浪湧的主要根源之一。

1.2 微浪湧電壓
微浪湧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湧電壓。如圖2suoshi，nibianqideshuchudianyashimaichongzhuang
，zaidianjijiexianduanzishangfaxianzaimaichongzhuangdeboxingshangyoudiejialeweilangyongdianyajianfeng。yibanqingkuangxia，weilangyongdianyadejianfengzhijianghuishinibianqineibudezhiliudianyade2 倍。

1.3 阻抗不匹配形成的反射
變頻器的輸出脈衝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）及脈衝調製頻率（調製波）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係數M為

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當電機阻抗很大時，反射波與入射波正向疊加，即ZL<ZM時
，反射係數=1。而且，生成與逆變器的輸出脈衝同一極性、幾乎同一大小的反射波，疊加後成為微浪湧尖峰電壓。圖3 形象地表示了反射的情況，微浪湧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。

2 微浪湧電壓對電機的影響
電機內部的斷麵如圖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、xiangjiandouyoujueyuanzhicharu
，erxianzazhijianmeiyoujueyuanzhicharu，taliyongjiangudeqibaoxiandeqicenghuodejueyuan。weilangyongdianyageizhexiejueyuanquanbudailaiyingxiang
，zhexiejueyuansunhuaizhizhong，xianquanzajiansunhuaizuiduo。biao1 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。

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2.1 對線圈匝間的絕緣破壞
浪湧電壓滲入電機內部的時候，線圈匝間究竟加上多少電壓
，模擬結果如圖8所示。該模擬是將測量點放在電機的每一線圈上（電機槽內的漆包線圈上），在U-V之間加上上升時間0.14 滋s 的浪湧電壓的測量的結果。U-S1之間是第1 線圈分擔的電壓，測得它分擔了全電壓65豫耀75%，而別的線圈S1-S2、S2-S3、S3-V 之間分擔了10豫耀20%
，這是因為電機內部的阻抗大
，微浪湧電壓在逐漸衰減。

在zai電dian機ji的de製zhi造zao過guo程cheng中zhong，漆qi包bao線xian線xian圈quan的de起qi頭tou到dao末mo尾wei完wan全quan分fen離li不bu易yi做zuo到dao
，多duo數shu情qing況kuang下xia是shi亂luan繞rao的de，槽cao裏li邊bian線xian頭tou和he線xian尾wei可ke能neng緊jin挨ai著zhe。如ru果guo這zhe樣yang就jiu會hui發fa生sheng線xian匝za之zhi間jian由you於yu微wei浪lang湧yong電dian壓ya的de電dian暈yun放fang電dian（局部放電）。那怕放電部分時間極其短促，局部也會達到10 000益，高溫使絕緣逐漸地侵蝕
，過些時間之後絕緣就會被破壞。如圖9 所示為直徑0.85 mm
、漆皮厚33 滋m、F 級絕緣、155益漆包線的壽命特性。

壽命特性水平軸表示施加破壞脈衝次數和破壞時間；縱座標軸表示破壞電壓，兩條曲線分別表示漆包線在溫度20益和155益兩種條件下測量的結果。

壽命特性用斜率不同的兩條線表示，兩條線連接的地方叫做局部放電起始電壓。斜率陡險的部分
，是確實發生了放電的區域
，2 小時內漆包線遭到破壞。斜率緩慢的區域極少發生局部放電。按照這一結論，如果控製住第1 線圈局部放電起始電壓，就不發生微浪湧電壓的絕緣破壞。另外，如果相間（U-V 之間）控製在1 000 V以下、上述的第1 線圈的電壓分擔率控製在750 V 左右，就能夠確保20 年的壽命。

3 微浪湧的抑製技術

3.1 輸出電路用的濾波器
輸出電路用濾波器由輸入輸出接線端子
、電阻、電容器、電抗器所構成
，如圖10 所示，其中電抗器是非常重的部件。作為主要的指標
，相間的微浪湧電壓為1 000 V以下
，變頻器和電機之間的接線長度為400 m
，產品的係列到達500 kW，防護等級為IP00。

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3.1.1 工作原理
輸出濾波器的工作原理如圖11所示。微浪湧電壓是變頻器輸出脈衝上升時間出現的dv/dt 過大所引起，又由於阻抗不匹配被反射而發生。因此輸出電路使用濾波器，用於抑製dv/dt，也就是抑製了高頻成分因阻抗不匹配而造成的微浪湧。所以輸出濾波器是dv/dt抑製型濾器，這種濾波器在變頻器的調製頻率為15 kHz
、接線長度為400 m時，能做出微浪湧電壓1 000 V以下的性能非常優良的產品。不過，這種方式的濾波器為了讓逆變器的輸出電流通過電抗器，不得不做成大容量，造成濾波器的大型化、高價格化、大重量

，有的達到50 kg以上，給用戶造成了實際負擔。

3.1.2 抑製效果
圖12 顯示了供電電源440 V，功率為3.7 kW的變頻器供電給電機（3.7 kW，400 V）
，在接線長度為100 m時、測量電機接線端子U-V 之間的微浪湧電壓的抑製效果。在沒有輸出濾波器的情況下，微浪湧電壓達到1 360 V，相當於變頻器內部直流電壓680V 的200%。有輸出濾波器的時候，頂峰值電壓是756 V、相當於變頻器器內部的直流電壓680 V的111%，它和沒有輸出濾波器的頂峰電壓差距有604 V
，抑製效果達89%。

3.2 浪湧抑製組件
圖13 所示為浪湧抑製組件的外觀。和輸出濾波器相比

，浪湧抑製組件是小型化的產品。其技術指標為相間的微浪湧電壓1 000 V以下
，防護等級為IP20。langyongyizhizujianshiduibianpinqiderongliangbuxuyaoxuanze，erjiexianjulixuyaoxuanzedechanpin。lingwai，jiexianfangfafeichangjiandan，zhixuyaobalangyongyizhizujiandeshurudianlanjiedaodianjijiexianduanziU
、V、W上。

3.2.1 工作原理
浪湧抑製組件的工作原理如圖14 所示。浪湧抑製組件內部卷繞的浪湧抑製線具有和電纜線的阻抗ZL相xiang同tong的de阻zu抗kang，因yin此ci接jie到dao電dian機ji的de接jie線xian端duan子zi上shang降jiang低di了le電dian機ji接jie線xian端duan子zi的de阻zu抗kang
，從cong而er減jian少shao了le阻zu抗kang不bu匹pi配pei時shi的de反fan射she波bo。通tong常chang高gao頻pin波bo成cheng分fen在zai電dian纜lan線xian上shang的de阻zu抗kangZL是50耀100 贅，設計的浪湧抑製線的阻抗ZS是50~60歐。

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浪湧抑製線的斷麵圖如圖14 所示。浪湧抑製線用直徑1.2 mm 的(de)線(xian)做(zuo)成(cheng)
，內(nei)部(bu)的(de)銅(tong)線(xian)外(wai)表(biao)進(jin)行(xing)高(gao)電(dian)阻(zu)率(lv)材(cai)料(liao)電(dian)鍍(du)
，又(you)用(yong)高(gao)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)材(cai)料(liao)作(zuo)絕(jue)緣(yuan)體(ti)覆(fu)蓋(gai)，外(wai)表(biao)是(shi)屏(ping)蔽(bi)保(bao)護(hu)的(de)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)線(xian)。銅(tong)線(xian)和(he)高(gao)電(dian)阻(zu)鍍(du)層(ceng)的(de)芯(xin)線(xian)和(he)屏(ping)蔽(bi)線(xian)間(jian)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)

，降(jiang)低(di)了(le)高(gao)頻(pin)阻(zu)抗(kang)
，因(yin)而(er)吸(xi)收(shou)了(le)浪(lang)湧(yong)。使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)浪(lang)湧(yong)抑(yi)製(zhi)線(xian)的(de)產(chan)品(pin)，除(chu)浪(lang)湧(yong)抑(yi)製(zhi)組(zu)件(jian)以(yi)外(wai)，還(hai)有(you)浪(lang)湧(yong)抑(yi)製(zhi)電(dian)纜(lan)，是(shi)在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)主(zhu)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)的(de)電(dian)纜(lan)線(xian)內(nei)部(bu)平(ping)行(xing)安(an)置(zhi)了(le)浪(lang)湧(yong)抑(yi)製(zhi)線(xian)，它(ta)的(de)截(jie)麵(mian)圖(tu)和(he)連(lian)接(jie)方(fang)法(fa)如(ru)圖(tu)15 所示。

• 隻需接到電機接線端子，即可大幅度減低浪湧電壓；
• 在使用PWM變頻器的時候
  ，相間電壓可控製到1 000 V以下；
• 不需要追加施工，對已經安裝運行的設備，設置容易
  ；
• 與變頻器容量沒有關係，都可適用（但是，超過75 kW 的電機需對應設置）
  ；
• 需配合變頻器和電機之間的接線電纜長度，規格有50 m和100 m兩種
  
  ；
• 適應於RoHS 指令；
• 與輸出濾波器相比，小型化、輕量化。

3.2.3 從傳輸線理論得出的浪湧抑製原理
根據傳輸線理論
，浪湧抑製使用了浪湧吸收、浪湧減衰
、浪湧抑製線的反射降低的方法。

浪湧吸收：浪湧是高頻波成分，低阻抗的浪湧抑製線接在電機接線端子上
，讓浪湧電流流到抑製線裏麵去，如圖16所示。

浪湧減衰：浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)是(shi)高(gao)頻(pin)波(bo)成(cheng)分(fen)
，根(gen)據(ju)集(ji)膚(fu)效(xiao)應(ying)，浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)集(ji)中(zhong)在(zai)導(dao)線(xian)外(wai)表(biao)麵(mian)
，因(yin)導(dao)線(xian)外(wai)表(biao)鍍(du)高(gao)電(dian)阻(zu)率(lv)材(cai)料(liao)鍍(du)層(ceng)，故(gu)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)能(neng)量(liang)在(zai)電(dian)阻(zu)上(shang)被(bei)消(xiao)耗(hao)了(le)，如(ru)圖(tu)17 所示。

浪湧抑製線的反射降低：浪lang湧yong電dian流liu的de高gao頻pin分fen量liang在zai浪lang湧yong抑yi製zhi線xian內nei被bei旁pang路lu和he衰shuai減jian

，使shi浪lang湧yong形xing狀zhuang變bian鈍dun
，浪lang湧yong頻pin帶dai中zhong心xin向xiang低di頻pin方fang向xiang移yi動dong。又you從cong浪lang湧yong電dian流liu來lai看kan，好hao像xiang浪lang湧yong抑yi製zhi線xian的de特te性xing阻zu抗kang逐zhu漸jian變bian高gao了le，使shi得de抑yi製zhi線xian末mo端duan不bu易yi被bei反fan射she回hui來lai。如ru圖tu18所示。

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3.2.4 抑製效果
圖19 是變頻器的電源電壓為400 V，3.7 kW的電機、接線長度50 m，和75 kW的電機、接線長度100 m時抑製微浪湧電壓的效果。對於3.7 kW的電機，當沒有浪湧抑製組件時，微浪湧電壓為1 036 V
，相當於變頻器內部的直流電壓540 V的192%；當加了浪湧抑製組件時，50 m電纜的峰值電壓為733 V，相當於變頻器內部的直流電壓540 V的136%。電壓尖峰差距303 V，有61%的抑製效果。對於75 kW的電機
，當沒有浪湧抑製組件時，微浪湧電壓為1 040 V
，相當於變頻器內部直流電壓520 V的200%；當加了浪湧抑製組件時，電纜的峰值電壓為785 V，相當於變頻器內部直流電壓520 V得151%。電壓尖峰差距255 V，有49%的抑製效果。

4 結語

zhenduishijiyingyongbianpinqishi，chanshengdeweilangyongxianxiangduidianjideweihai，jieshaoleweilangyongyizhijishujiqiyuanli，yishiliduibilebutongyizhiqideyizhixiaoguo，yiqiyinqibianpinqishengchanchangjiaheyonghuduizheyiwentideguanzhu。