變頻電源通過電力半導體器帶來的新問題

目前的變頻電源是通過電力半導體器件調壓，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斷開關器件（BJT、IGBT等）進行整流、然后對直流電壓進行PWM逆變，結果是在輸入輸出回路產生電壓的高次諧波，干擾供電系統、負載及其他鄰近電氣設備，尤其是控制系統的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，經常遇到變頻器高次諧波的干擾問題，下面簡單介紹諧波產生的機理、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的工頻電源經三相橋路不可控整流成直流電壓，經濾波電容濾波及大功率晶閘管開關元件逆變為頻率可變的交流電壓。在整流回路中，由于不規則的矩形波的存在，波形按傅立葉級數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。在逆變回路中，輸出電流波形是PWM載波信號調制的脈沖波形，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高載頻可達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：  （1）電纜本體對外發射電磁波，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。  變頻電纜從電纜結構設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。
   197 3  變頻電纜的工作特點  縱上，了解變頻器的工作特點，變頻電纜的設計應著重控制以下方面：  3.1  電纜本體對外發射電磁波  一般變頻家用電器為單相供電，長度很短，功率也較小，設計時已將變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內，抑制了電磁波對外發射。但是在工業領域內，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射的有效載體，對于周圍鄰近地區的通信工具（如無繩）或調幅接受器（如收音機調幅波段）將產生干擾，有時情況也比較嚴重，稱之為電磁波的環境污染，國外已對這種電纜提出要求，我們也已提出了相關EMC測試及控制方法。  雖然目前沒有國家規范規定電纜發射電磁波造成環境污染的考核指標，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，變頻電纜屏蔽結構是尤為重要的。屏蔽結構是抑制對外高頻干擾佳方法，而屏蔽結構分為銅絲編織屏蔽及銅帶屏蔽。