GBT 20161-2008 變頻器供電的籠型感應(yīng)電動機(jī)應(yīng)用導(dǎo)則

GB/T20161—2008/IECT變頻器供電的籠型感應(yīng)電動機(jī)應(yīng)用導(dǎo)則中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局GB/T20161—2008/IECTS60034-17:2006 I引言 Ⅱ 1 1 2 4 6 6 7 9 12最大安全運行轉(zhuǎn)速 2圖2開關(guān)頻率f,=30×f?電壓型變頻器供電電動機(jī)線電壓ul.的波形(例子) 2圖3電壓型變頻器供電由諧波頻率引起的附加損耗Pb與運行頻率f?時 圖4變頻器供電對籠型感應(yīng)電動機(jī)(機(jī)座號315M,N設(shè)計)在額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時各項損耗的影響 4圖5基波電壓U?與運行頻率f的關(guān)系曲線(見第6章) 5頻率f?的關(guān)系曲線(例) 6 8 8 9 F——定子繞組損耗由0.5%修改為2.5%;H——鐵耗由12%修改為7.5%;I——負(fù)載附加損耗仍為0.5%。變頻器供電籠型感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的工作特性和運行性能受到整個驅(qū)動現(xiàn)實情況是大多數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)是由不同制造廠生產(chǎn)的部件組成的。本標(biāo)準(zhǔn)二電網(wǎng)供電，包含有N設(shè)計或H設(shè)計。由變頻器供電的專用電動機(jī)設(shè)計要求包含在GB/T21209—2007中。二本標(biāo)準(zhǔn)僅涉及間接型變頻器。此類變頻器包括帶中間回路的外施直流電流的變頻器(電流型變頻本標(biāo)準(zhǔn)適用于GB/T21210—2007規(guī)定范圍內(nèi)的籠型感應(yīng)電動機(jī)由變頻器供電時在速度設(shè)定范圍下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。GB755—2008旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能(IEC60034-1:2004,IDT)GB/T21209—2007變頻器供電籠型感應(yīng)電動機(jī)設(shè)計和性能導(dǎo)則(IEC60034-25:2004,IDT)GB/T21210--2007單速上述情況關(guān)系到驅(qū)動的基本運行能力。如果要求知道變頻器供電運行時出現(xiàn)的附加轉(zhuǎn)矩(特別是由于N設(shè)計籠型感應(yīng)電動機(jī)有多種設(shè)計方案(例如銅排深槽轉(zhuǎn)子和雙籠鑄鋁轉(zhuǎn)子),重要諧波的頻率范圍很寬(帶寬0kHz～30kHz),所以不可能確定一個普遍有效的電動機(jī)等值電路。通常不容許采用在工頻穩(wěn)態(tài)運行時的等值電路參數(shù)(例如正常運行時的漏抗)來計算因諧波引起的轉(zhuǎn)矩和損耗。只有當(dāng)變頻器的輸出電流和(或)電壓頻譜已知時，電動機(jī)制造商才能提供合適的電動機(jī)等值電路的參數(shù)值。為獲得轉(zhuǎn)矩的降低額和由諧波引起的振蕩轉(zhuǎn)矩，了解電動機(jī)電壓的頻譜圖1給出了電流型變頻器供電時電動機(jī)相電流的典型波形。所產(chǎn)生的諧波次數(shù)為n=5,7,11,2f=kg×f士k?×f?3大量試驗證明，由諧波產(chǎn)生的總的附加損耗與負(fù)載無關(guān)，它們隨著開關(guān)頻率的增加而降低(見運行頻率f?時損耗Py,之比隨開關(guān)頻率f,的變化關(guān)系的例子沒有簡單的計算方法來計算附加損耗，也沒有通用的說明來給定附圖4以一臺特定電動機(jī)(機(jī)座號315M,N設(shè)計)由具有不同諧波含量的不同變頻器供電和正弦電源供電為例子，在各欄內(nèi)列出了計算求得的損耗組成比例。該例子說明了目前廣系統(tǒng)中各類損耗的相對重要性。所列出的損耗對比不適用于其他變頻型式變頻器(具有不同的調(diào)制方式和脈沖頻率)。為便于比較，圖4中假定變頻器供電在額定運行狀態(tài)4GB/T20161—2008/IECTS60034-17:根據(jù)圖4看出，電流型變頻器比電壓型變頻器諧波損耗高。在部分負(fù)載時差值減少，因為對電壓型變頻器諧波損耗是恒定的，但對電流型變頻器諧波損耗是隨著負(fù)載的增加而增加。④④②③①F-3%由基波頻率產(chǎn)生的損耗由諧波產(chǎn)生的損耗I一負(fù)載附加損耗圖4變頻器供電對籠型感應(yīng)電動機(jī)(機(jī)座號315M,N設(shè)計)在額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時各項損耗的影響6變頻器供電運行時的轉(zhuǎn)矩降低電動機(jī)由變頻器供電在額定頻率運行時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩由于溫升增加(諧波損耗)通常要比正弦電壓供電時的額定轉(zhuǎn)矩低。另外的原因也可能是由于變頻器電壓的下降。要保持額定轉(zhuǎn)矩可能會減少絕緣的使用壽命。5GB/T20161—2008/IECTS60圖5中的實線指的是變頻器使電動機(jī)主磁通保持不變時的輸出電壓和頻率的關(guān)系曲線，該主磁通與正弦電壓供電時近似相同。如果已知變頻器輸出的諧波頻譜，電動電機(jī)溫升。溫升取決于該電動機(jī)的設(shè)計及其冷卻方式(IC01或IC411)。決定電動機(jī)轉(zhuǎn)矩降低因數(shù)時重圖5基波電壓U?與運行頻率f?的關(guān)系曲線(見第6章)電動機(jī)在額定頻率時的同步轉(zhuǎn)速以下的速度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，若電動機(jī)的影響，有些變頻器將特性設(shè)計成圖5中的虛線所示特性，與沒有補(bǔ)償作用相比，低速時具有較高的對于圖5中電壓和頻率標(biāo)幺值在1.0以上的運行點，變頻器輸出電壓在頻率增加時通常保持不變圖6給出了一臺由電流型變頻器供電的典型的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩降低曲線的實例。電壓型變頻器供電時轉(zhuǎn)矩曲線。因涉及到電動機(jī)不同的冷卻方式(IC01或IC411)和通風(fēng)方法(自循環(huán)冷卻或獨立循環(huán)冷卻),不可能給出適用于所有情況的轉(zhuǎn)矩降低曲線。通常，由脈沖控制的變頻器(脈沖頻率在kHz范圍6f/f在脈沖控制變頻器的驅(qū)動系統(tǒng)中，最有影響的振蕩轉(zhuǎn)矩的頻率取決于開值取決于脈沖寬度。目前的變頻器其開關(guān)頻率通常超過基波頻率10倍，其振蕩轉(zhuǎn)矩的幅值可高達(dá)15%。如用更高的開關(guān)頻率(大約為21×f),并采用適當(dāng)?shù)拿}沖模式(例如正弦基準(zhǔn)波調(diào)制或空間一相量調(diào)制),頻率為6×f?和12×f?的振蕩轉(zhuǎn)矩實際上可以忽略不計。此外，還將產(chǎn)生二中心高H<200mm:fo,r=o>4500Hz,fo,r=2>800Hz,fo,=4>4000Hz中心高H>280mm:fo,r=o<3000Hz,fo,ra?<500Hz,fo,r=4<2500Hz在低速開關(guān)電流型變頻器供電的情況下(通常是裝有半導(dǎo)體晶閘管),在換流期間有尖峰電壓作用于主絕緣和匝間絕緣上。換流峰值通常不危害絕緣系統(tǒng)，因為其上在快速開關(guān)電壓型變頻器供電的情況下(通常是IGBT),作用在匝間絕緣上的電壓梯度是重要的，特別是對接近電源引入處的線圈。繞組絕緣承受的介電應(yīng)力取決于變頻壓、脈沖上升時間和頻率、變頻器和電動機(jī)之間連接線的特性和長度、繞組結(jié)構(gòu)以及其他系統(tǒng)快速開關(guān)型逆變器與連接電纜的組合因傳輸線路的影響將產(chǎn)生峰值電壓。對額定電壓小于或等于交流500V的電動機(jī)，當(dāng)承受如圖7所示的峰值電壓時，作為典型其絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)具有滿意的壽命。應(yīng)當(dāng)心避免改變應(yīng)用速度，包括快速變化，這些會造成在變頻器的輸出端產(chǎn)生2倍于額8(/V(/V0““電壓范圍△u是指電壓脈沖出現(xiàn)前和出現(xiàn)后電壓瞬時值的差，該電壓脈沖在電壓到達(dá)其第一個最大值的瞬間即告結(jié)束。上升時間t:的定義是：電壓從整個電壓范圍△u的10%上升到90%時的時間9沒有超過約500mV(峰值),根據(jù)長期的經(jīng)驗無需采取防護(hù)措施。當(dāng)軸電壓超過約500mV(峰值),有就足以避免通過兩個軸承以及當(dāng)用導(dǎo)電聯(lián)軸器時，可能通過負(fù)載機(jī)械的軸承當(dāng)電動機(jī)由電流型變頻器供電運行時，因供該共模電壓是因變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式而固有的，它特別包含了頻率分量。其峰值為變頻器中間電路直流電壓的50%范圍之內(nèi)，或當(dāng)為不可控的六脈沖整流器時，為變頻器輸入線電壓的72%范圍之內(nèi)。三相共模電壓是同相的，可以看作是電壓的零序分量。圖10所組和鐵芯之間的電容有關(guān)。后者的作用將在同一匝線圈的兩邊產(chǎn)屏蔽測量線，否則因較高頻率分量的影響將會得出錯誤的結(jié)果。b)如果電動機(jī)軸端的電位更接近于變頻器的接地電位而非電動機(jī)機(jī)座的電位，脈沖式的電容性電流將流經(jīng)電動機(jī)的軸承，尤其是驅(qū)動端的軸承。當(dāng)電動機(jī)和負(fù)載設(shè)備通過導(dǎo)電聯(lián)軸器且電動機(jī)的機(jī)座沒有充分地接地時，就會造成這種情況。軸中心高315mm以上電動機(jī)，可測量到幅值大于10A的電流，軸承將在僅運行數(shù)百小時以內(nèi)時就會被損壞。c)如果定子鐵芯和機(jī)座很好地接地(見圖10),存在于軸承徑向間隙的由電容耦合產(chǎn)生的電壓，稱作軸承電壓，可被測量。軸承電壓是共模電壓的鏡像。共模電壓的百分比稱做BVR(軸承電壓比),它取決于定子繞組和轉(zhuǎn)子之間的電容，轉(zhuǎn)子和機(jī)殼之間的電容以及軸承本身的電容。測量結(jié)果表明，通常，軸承電壓在10V～30V(峰值)的范圍之間。如軸承電壓超過其擊穿值還會出現(xiàn)短時的放電電流(稱做EDM1)電流)。放電電流的重復(fù)率隨著軸承電壓數(shù)值和脈沖頻率的增長而增加?？蓽y量到，放電電流擊穿的峰值在數(shù)安培的范圍之內(nèi)，重復(fù)率為每20ms50次～100次。不能僅對一個軸承進(jìn)行絕緣來抑制放電電流。放電電流擊穿會造成軸承座的蝕損，可通過軸承噪聲的增大而被較早地發(fā)現(xiàn)。d)本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的以及軸中心高280mm及以下的電動機(jī)因變頻供電而損傷軸承的現(xiàn)象很少。但軸承承受的介電應(yīng)力隨變頻器控制方式尤其是開關(guān)頻率的不同而變化的范圍很大。如用輸出電壓大于400V(有效值)、脈沖頻率高于10kHz的變頻器供電，應(yīng)考慮對一個軸承加以e)對本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的電動機(jī)，抗磨擦軸承的絕緣可采用相同尺寸的絕緣軸承來實現(xiàn)。對于中心高315mm及以上的電動機(jī)，建議采用絕緣阻抗在1MHz時至少100Q的軸承絕緣。幾乎不需要將電動機(jī)的兩個軸承同時加以絕緣。在某種情況下，建議請專家審核整個驅(qū)動系f)本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的以及軸中心高315mm及以下的電動機(jī)，不可能對電動機(jī)的軸承進(jìn)行絕緣或為了減少共模電壓對電動機(jī)軸承造成危害，必須采取一切措施使穿透為了滿足該要求(還有EMC要求),應(yīng)使用屏蔽對稱多芯電纜。為了在高頻時具有低阻抗，屏蔽層應(yīng)為銅或鋁。屏蔽層兩端都必須連接到PE。電纜中接地導(dǎo)體對稱于三相導(dǎo)體為宜