各種電機(jī)在使用變頻調(diào)速后,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動,使電機(jī)工作平穩(wěn),電機(jī)軸承磨損減小,延長了電機(jī)使用壽命和維護(hù)周期。在變頻調(diào)速技術(shù)在石油、冶金、發(fā)電、鐵路、礦山等大功率電機(jī)中采用變頻調(diào)速電機(jī),可節(jié)電30%。最近在家用電器同樣也被廣泛地應(yīng)用。這就為變頻電源與電機(jī)之間的連接線----變頻電 纜提出了特殊的要求:
一、變頻電纜的工作特點(diǎn): 1.脈沖電壓對絕緣的影響: 變頻電源的頻率調(diào)節(jié)范圍較寬,不論頻率高低,具有一個主頻率的波形輪廓,它包含了許多高次諧波,作為一種行波經(jīng)多次反射,幅值疊加可達(dá)到工作電壓數(shù)倍,電纜越長,幅值越高,若電纜絕緣安全系數(shù) 不高,可能被擊穿。 2.電纜本體對外發(fā)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,變頻電源、連接電纜和變頻電機(jī)一并設(shè)置在金屬殼內(nèi),抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi),電機(jī)功率較大,連接變頻電機(jī)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(fā)射的有效載體,對于周圍鄰近地區(qū)的廣播通信將產(chǎn)生較大的干擾,有時情況也比較嚴(yán)重,稱之為電磁波的環(huán) 境污染。 3.中性線電流的疊加:完整的三相正弦供電系統(tǒng),當(dāng)三相電流平衡時,其中性線的電流為零,若出現(xiàn)三次諧波,則三次諧波的電流分量在中性線內(nèi)不存在相位差,所以直接疊加成分量得三倍。若變頻原供電對象是三個單相變頻電機(jī),而且處于三相功率分布平衡狀態(tài),則中性線電流更大,中性線截面應(yīng)不小于相截 面。
二、變頻電纜的結(jié)構(gòu):了解變頻電纜工作特點(diǎn)之后,就不難從電纜結(jié)構(gòu)改進(jìn) 來解決上述三個問題。 1.電纜絕緣設(shè)計(jì):大多數(shù)情況選用一般電力電纜,如聚氯乙烯絕緣或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電纜,由于電纜本身耐壓水平較高,很少發(fā)生電纜本體擊穿。為何電纜在工頻下能長期運(yùn)行而變頻下幾小時內(nèi)擊穿? 這決不是老化問題,基本上可歸結(jié)于高頻脈沖電壓的影響。一般采用聚氯乙烯絕緣并不理想,因?yàn)槠浣橘|(zhì)損耗偏大。交聯(lián)聚乙烯絕緣較為滿意,它兼有機(jī)、電、熱等優(yōu)良性能。 若適當(dāng)加厚,當(dāng)然更為可靠,這對變頻電纜更為有利。 2.電纜對稱性設(shè)計(jì) 變頻器與變頻電機(jī)之間的電纜均需采用對稱電纜結(jié)構(gòu),對稱電纜結(jié)構(gòu)有3芯和3+3芯兩種, 3+3芯電纜結(jié)構(gòu)是將三大一小四芯絕緣線芯中第四芯(中性線芯)分解為三個截面較小的絕緣線芯,把三大三小線芯對稱成纜,對于6/10kV變頻電機(jī)專用電纜,該電纜結(jié)構(gòu)與6/10kV普通電力電纜有所不同,普通電力電纜是將三根絕緣線芯采用銅帶屏蔽后成纜,而變頻電機(jī)專用電纜是由銅絲銅帶屏蔽后擠包分相護(hù)套,然后對稱成纜,對稱電纜結(jié)構(gòu)由于導(dǎo)線的互換性,有更好的電磁相容性,對抑制電磁干擾起到一定的作用,能抵消高次諧彼中的奇次頻率, 提高變頻電機(jī)專用電纜的抗干擾性,減少了整個系統(tǒng)中的電磁輻射。 3.屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.8/3kV及以下變頻電機(jī)專用電纜的屏蔽一般采用總屏蔽, 6/10kv變頻電機(jī)專用電纜屏蔽由分相屏蔽和總屏蔽構(gòu)成,分相屏蔽一般可采用銅帶屏蔽或銅絲銅帶組合屏蔽?偲帘谓Y(jié)構(gòu)可采用銅絲銅帶組合屏蔽、銅絲編織屏蔽、銅帶屏蔽、銅絲編織銅帶屏蔽等,屏蔽層截面與主線芯截面按一定比例。此結(jié)構(gòu)的屏蔽電纜可抗電磁感應(yīng)、接地不良和電源線傳導(dǎo)干擾,減小電感,防止感應(yīng)電動勢過大。屏蔽層既起到抑制電磁波對外發(fā)射的作用,又可作為短路電流的通道,能起到中 性線芯的保護(hù)作用。 大家習(xí)慣采用銅線編織屏蔽,實(shí)際上這并不是好方法,材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應(yīng)不是最理想。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和工藝,形成了全封閉金屬層,只要厚度適當(dāng),可達(dá)到有效的屏蔽功能。而這種工藝及其所用的材料在光纜領(lǐng)域中已十分普遍,銅帶厚度不能太薄,以保證抑制電磁 波對外發(fā)射。 當(dāng)然對于移動型的變頻電纜必須采用編制屏蔽結(jié)構(gòu)。 4.屏蔽層接地措施: 屏蔽層接地良好是抑制電磁波對外發(fā)射的必要條件,銅線編織屏蔽的接地方式較容易解決,而縱包銅帶軋紋屏蔽需用專用夾具接地, 夾具與軋紋銅管的接觸面應(yīng)當(dāng)吻合,接地線由夾具尾端引出。 5.外護(hù)套 變頻電纜大多數(shù)敷設(shè)在室內(nèi),考慮到電纜在使用過程中經(jīng)常受到徑向或縱向外力作用,在電纜屏蔽層外增加鎧裝層,同時它也起到附加性總屏蔽作用,特別是鋼帶鎧裝和銅絲、銅帶屏蔽,是采用了兩種不同屏蔽材料,在電磁波屏蔽上起到一定的互補(bǔ)作用,屏蔽效果將更好。外護(hù)套選用高密度聚乙烯更為 合適。
三、電纜的主要制造工藝技求 在變頻電機(jī)專用電纜生產(chǎn)過程中,絕緣線芯擠包工序、成纜工序等是最 關(guān)鍵的工序。 1.絕緣線芯擠包工序絕緣線芯的質(zhì)量將直接影響到電纜的電氣性能。在生產(chǎn)過程中,我們特別注重原材料的凈化,屏蔽與絕緣材料擠包緊密,控制絕緣偏心度和絕緣外徑的均勻一致,這樣可減少界面效應(yīng),提高電纜電氣性能。為了提高電纜的質(zhì)量,我們選擇高電性能絕緣材料生產(chǎn),絕緣材料分:聚氯乙烯、交聯(lián) 聚乙烯、佛塑料、硅橡膠。成纜工序變頻電纜要求結(jié)構(gòu)對稱,成纜時必須保證絕緣線芯張力均勻,使成纜后的線芯長度盡量保持一致,否則會引起結(jié)構(gòu)變化,導(dǎo)致電容和電感的不 均勻性,影響電纜的電氣性能。