目前,電機驅動器市場有多種趨勢可能會對整個驅動系統(tǒng)的可靠性造成巨大影晌,并且需要采取措施確保此可靠性:
1、電機驅動器和電機的小型化常常伴隨著電機繞組絕緣強度的成本節(jié)約
2、在采用舊電機和非屏蔽電纜的現(xiàn)存設備中配備電機驅動
3、高轉速,低質量機器的趨勢(例如HF心軸)
4、具有多極數(shù)的創(chuàng)新低速電動機技術(例如機床工程應用中,配備力矩電機的機床)
5、電機驅動器是眾所周知的干擾源,因此一般配備一個輸入濾波器。
6、然而,較少人意識到當變頻器向電機提供調制信號時,存在于輸出側的問題。下文所述是一些典型的輸出挑戰(zhàn)。
dv/dt電位勢變化與時間之間的關系
為保持變頻器或伺服機構的損耗處于較低的水平,目標是盡量縮短電源半導體的開關時間。結果是對于新一代的IGBT,有時候可以測量超過12kV/μS的上升時間,而根據(jù)電機不同.允許采用<1000V/μS的 dv/dt(VDE0530:500~1000V/μS)。當電機電纜較短,不超過約20米時,這些上升時間由于線路阻抗較小,完全作用于電機繞組的絕緣。根據(jù)電 機線圈的結構不同,承受滿電壓的導線緊密地并排布置。因為很短的并排導線也會有電容作用,所以長久性 電位跳變將導致繞組絕緣兩端發(fā)生換極損耗?,F(xiàn)在,漆包絕緣即使只有很少的不純,也會導數(shù)所謂的熱點; 從而遲早發(fā)生繞組絕緣破壞。在任一情況下,此dv/dt應力負載都會使電機提前老化,縮短其使用時間。
電壓過沖和電壓峰值
電壓過沖和 電壓尖峰不僅會產生高dv/dt,其自身就是問題,鑒于繞組的結構,在等效電路圖中,由于開關 頻率的快速電壓脈沖,電機就像電容,而不是在普通的50Hz應用環(huán)境下的電感。電機電纜每增加一米,導 線電感也隨之增加。
根據(jù)能量儲存原理,此電感起扼流圈的作用,在每次開關時,會產生電壓峰值。扼流圈的能含量(電感)越 大.這些電壓峰值亦越高。換句話說,電動機電纜越長,大電壓幅值越高。這些峰值繼而達到一個損壞電 動機的繞組絕緣的數(shù)值。對于電動機電纜較長的情況,由于電纜阻擾dv/dt會降到安全數(shù)值。然而,根據(jù)電 路原理,由于電纜反射的作用,電壓峰值可能會達到1600V或更高(取決于中間直流電壓},這可能產生非 常陡峭的dv/dt值。根據(jù)VDE 0530 ,推薦峰值在1OOOV以下。盡管由于長電纜電感的原因,dv/dt會降低,此 時電機沒有明顯的壓力釋放,所以以此時增大的電壓成為主要的壓力指標。
電機附加損耗
除了繞組絕緣問題之外,陡峭的開關沿還導致另一個現(xiàn)象:輸出信號的諧波。進行傅立葉分析之后,可以在 數(shù)學上證明陡峭的開關沿包含很寬的諧波頻譜一即諧波含量很大。電流紋波(PWM和諧波)導致電機內發(fā)生 附加磁損耗。對工作溫度非常敏感,溫度變高,電機使用壽命大大縮短。