前言

在變頻器應用下的電機繞組絕緣承受相較于直接電網供電的更高的電壓強度,

在驅動中所采用的調制方式產生了快速上升的電壓脈沖在長線電機電纜中產生的暫態效應將在電機繞組中產生較高的電壓強度。

對于供電電壓低于500V的最大多數標準電機完全可承受由此產生的電壓強度。

對于供電電壓高于500V的電機，需要增強繞組的絕緣系統。也可采用抑制電壓強度以符合電機允許水平的附加組件的其他措施。

電機選型原則

對于額定電機電壓<=500V情況：

西門子標準電機完全適用PWM變頻器/逆變器的變頻應用。對于第三方電機，在電機電纜超過10m時，需要參考電機供應商所提供的電機所能承受調制脈沖電壓的能力。

對于電機額定電壓>500V直至690V的情況：

對于西門子電機來講需要選擇增強絕緣系統的電機。具有增強絕緣系統的電機較標準電機來講稍有降容。此類電機完全適用PWM變頻器/逆變器的變頻應用。

對于第三方電機，在電機電纜超過10m時，需要參考電機供應商所提供的電機所能承受調制脈沖電壓的能力。

選型需要考慮的額外因素

具有“長”電纜的應用：

根據驅動器額定功率及類型所定義的“電纜長度”，在低功率驅動系統中的低于10m與對于高功率驅動系統中的500m范圍內會有所變化。

驅動器的PMW調制模式的影響：

某些變頻器采用雙極性PWM調制方式相對于西門子驅動器采用的單極性PWM調制方式，理論上對電機繞組的峰值電壓翻倍。

考慮持續制動工作的頻率：

當驅動器主要工作于制動狀態時，這個過程類似于將供電電壓提高20%，這個因素需要考慮。

有源整流：

對于帶有PWM有源整流的驅動系統，有效的供電電壓將提高約15%。

在氣體防爆場合的應用：

需要仔細核對防爆電機的變頻運行相關規范。可選擇西門子變頻器驅動運行防爆電機1MB系列電機。參考推文“1MB5防爆電機選型”。

其他措施：

對于非上述描述的應用場合，比如對已有電機驅動系統升級改造，或所連接的電機相關數據缺失等。需要采取額外的防護措施。

規范與標準

本文涉及PWM變頻器/變頻器運行的電機繞組的電壓強度的考慮，相關規范與標準如下：

IEC TS 60034-17版本3（2002）——對于變頻供電的標準鼠籠式感應電機—應用指導。

IEC TS 60034-25當前版本1（2004）——對于變頻供電的特殊設計的電機

IEC 60034-18-41——應用于變頻驅動系統中的電氣絕緣系統的質量評估

IEC 60034-27——局部放電（PD）測量等。

范圍

本文重點考慮采用IGBT開關器件的電壓源性PWM變頻器/逆變器的運行原理及與電機的接口。分析變頻器/逆變器與電機之間的供電電纜傳輸線效應以及在電機繞組端部的電壓峰值沖擊。

給出在承受變頻器/逆變器供電下的電機絕緣能力的建議，以及如何控制峰值電壓和過量容性電流的措施。

供電電壓范圍最高至690V。

PWM變頻運行原理介紹

下面介紹的交流調速系統應用非常廣泛，原因在于其節能及基于低成本免維護交流電機實現靈活的工藝與機械控制。基本全部驅動系統都采用了功率器件開關技術，從而產生很高電壓變化率。

現代交流驅動器基本都采用了諸如IGBT的快速開關切換的功率半導體器件的電壓源PWM變頻器/逆變器，原因在于IGBT器件具有良好的可靠性及低開關損耗特性。

基本工作原理介紹

逆變器中的功率半導體器件（IGBT=絕緣柵雙極性晶體管）是高速電子開關。將變頻器輸出連接到直流母線的正極或負極。逆變器門極控制信號的持續時間和直流母線電壓的幅值決定了輸出電壓（即所連接的電機電壓）的大小。

西門子普遍采用空間矢量調制技術，在一個脈沖周期（調制頻率）內通過相鄰兩個空間矢量的作用時間和零脈沖作用時間實現電機電壓矢量在空間的移動（電機運行頻率控制）及幅值（基波有效電壓幅值）。

驅動的脈沖頻率通常采用較高的開關頻率，好處在于，比如可有效減小電機的噪聲。但是較高的開關頻率帶來更短的電壓脈沖上升率，將形成很陡峭的上升沿。

下表中樣例描述了功率器件（IGBT）的脈沖上升時間與基波頻率和開關頻率之間的對比：