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。

benwenduiweilangyongdianyadefashengjilijiqiduidianjideyingxiangzuolefenxi，jieshaoleyizhiweilangyongdianyadejishu
，yijizuijinchuxiandeshuaijianweilangyongdianyadechanpinhecaiyongxixianjingchuanshuweitezhengdeweilangyongyizhizujiandegongzuoyuanlideng。

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2所(suo)示(shi)
，逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)是(shi)脈(mai)衝(chong)狀(zhuang)
，在(zai)電(dian)機(ji)接(jie)線(xian)端(duan)子(zi)上(shang)發(fa)現(xian)在(zai)脈(mai)衝(chong)狀(zhuang)的(de)波(bo)形(xing)上(shang)又(you)疊(die)加(jia)了(le)微(wei)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，微(wei)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)的(de)尖(jian)峰(feng)值(zhi)將(jiang)會(hui)是(shi)逆(ni)變(bian)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)2 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、相xiang間jian都dou有you絕jue緣yuan紙zhi插cha入ru，而er線xian匝za之zhi間jian沒mei有you絕jue緣yuan紙zhi插cha入ru，它ta利li用yong堅jian固gu的de漆qi包bao線xian的de漆qi層ceng獲huo得de絕jue緣yuan。微wei浪lang湧yong電dian壓ya給gei這zhe些xie絕jue緣yuan全quan部bu帶dai來lai影ying響xiang
，這zhe些xie絕jue緣yuan損sun壞huai之zhi中zhong，線xian圈quan匝za間jian損sun壞huai最zui多duo。表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ZLxiangtongdezukang，yincijiedaodianjidejiexianduanzishangjiangdiledianjijiexianduanzidezukang，congerjianshaolezukangbupipeishidefanshebo。tongchanggaopinbochengfenzaidianlanxianshangdezukangZL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 dexianzuocheng，neibudetongxianwaibiaojinxinggaodianzulvcailiaodiandu
，youyonggaojiedianchangshucailiaozuojueyuantifugai，waibiaoshipingbibaohudetongzhoudianlanxian。tongxianhegaodianzuducengdexinxianhepingbixianjiandefenbudianrong
，jiangdilegaopinzukang，yinerxishoulelangyong。shiyongzhezhonglangyongyizhixiandechanpin，chulangyongyizhizujianyiwai
，haiyoulangyongyizhidianlan
，shizaibianpinqidezhudianliutongguodedianlanxianneibupingxinganzhilelangyongyizhixian，tadejiemiantuhelianjiefangfarutu15 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：langyongdianliushigaopinbochengfen，genjujifuxiaoying，langyongdianliujizhongzaidaoxianwaibiaomian
，yindaoxianwaibiaodugaodianzulvcailiaoduceng
，gulangyongdianliudenengliangzaidianzushangbeixiaohaole，rutu17 所示。

浪湧抑製線的反射降低：langyongdianliudegaopinfenliangzailangyongyizhixianneibeipangluheshuaijian，shilangyongxingzhuangbiandun

，langyongpindaizhongxinxiangdipinfangxiangyidong。youconglangyongdianliulaikan，haoxianglangyongyizhixiandetexingzukangzhujianbiangaole
，shideyizhixianmoduanbuyibeifanshehuilai。rutu18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。