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、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。浪lang湧yong抑yi製zhi組zu件jian是shi對dui變bian頻pin器qi的de容rong量liang不bu需xu要yao選xuan擇ze，而er接jie線xian距ju離li需xu要yao選xuan擇ze的de產chan品pin。另ling外wai
，接jie線xian方fang法fa非fei常chang簡jian單dan
，隻zhi需xu要yao把ba浪lang湧yong抑yi製zhi組zu件jian的de輸shu入ru電dian纜lan接jie到dao電dian機ji接jie線xian端duan子ziU
、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tu15 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tu17 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(tu)18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

針zhen對dui實shi際ji應ying用yong變bian頻pin器qi時shi，產chan生sheng的de微wei浪lang湧yong現xian象xiang對dui電dian機ji的de危wei害hai，介jie紹shao了le微wei浪lang湧yong抑yi製zhi技ji術shu及ji其qi原yuan理li
，以yi實shi例li對dui比bi了le不bu同tong抑yi製zhi器qi的de抑yi製zhi效xiao果guo，以yi期qi引yin起qi變bian頻pin器qi生sheng產chan廠chang家jia和he用yong戶hu對dui這zhe一yi問wen題ti的de關guan注zhu。