GBT 20161-2008 变频器供电的笼型感应电动机应用导则

GB/T20161—2008/IECT变频器供电的笼型感应电动机应用导则中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局GB/T20161—2008/IECTS60034-17:2006 I引言 Ⅱ 1 1 2 4 6 6 7 9 12最大安全运行转速 2图2开关频率f,=30×f₁电压型变频器供电电动机线电压ul.的波形(例子) 2图3电压型变频器供电由谐波频率引起的附加损耗Pb与运行频率f₁时 图4变频器供电对笼型感应电动机(机座号315M,N设计)在额定转矩和转速时各项损耗的影响 4图5基波电压U₁与运行频率f的关系曲线(见第6章) 5频率f₁的关系曲线(例) 6 8 8 9 F——定子绕组损耗由0.5%修改为2.5%;H——铁耗由12%修改为7.5%;I——负载附加损耗仍为0.5%。变频器供电笼型感应电动机驱动系统的工作特性和运行性能受到整个驱动现实情况是大多数驱动系统是由不同制造厂生产的部件组成的。本标准二电网供电，包含有N设计或H设计。由变频器供电的专用电动机设计要求包含在GB/T21209—2007中。二本标准仅涉及间接型变频器。此类变频器包括带中间回路的外施直流电流的变频器(电流型变频本标准适用于GB/T21210—2007规定范围内的笼型感应电动机由变频器供电时在速度设定范围下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。GB755—2008旋转电机定额和性能(IEC60034-1:2004,IDT)GB/T21209—2007变频器供电笼型感应电动机设计和性能导则(IEC60034-25:2004,IDT)GB/T21210--2007单速上述情况关系到驱动的基本运行能力。如果要求知道变频器供电运行时出现的附加转矩(特别是由于N设计笼型感应电动机有多种设计方案(例如铜排深槽转子和双笼铸铝转子),重要谐波的频率范围很宽(带宽0kHz～30kHz),所以不可能确定一个普遍有效的电动机等值电路。通常不容许采用在工频稳态运行时的等值电路参数(例如正常运行时的漏抗)来计算因谐波引起的转矩和损耗。只有当变频器的输出电流和(或)电压频谱已知时，电动机制造商才能提供合适的电动机等值电路的参数值。为获得转矩的降低额和由谐波引起的振荡转矩，了解电动机电压的频谱图1给出了电流型变频器供电时电动机相电流的典型波形。所产生的谐波次数为n=5,7,11,2f=kg×f士k₁×f₁3大量试验证明，由谐波产生的总的附加损耗与负载无关，它们随着开关频率的增加而降低(见运行频率f₁时损耗Py,之比随开关频率f,的变化关系的例子没有简单的计算方法来计算附加损耗，也没有通用的说明来给定附图4以一台特定电动机(机座号315M,N设计)由具有不同谐波含量的不同变频器供电和正弦电源供电为例子，在各栏内列出了计算求得的损耗组成比例。该例子说明了目前广系统中各类损耗的相对重要性。所列出的损耗对比不适用于其他变频型式变频器(具有不同的调制方式和脉冲频率)。为便于比较，图4中假定变频器供电在额定运行状态4GB/T20161—2008/IECTS60034-17:根据图4看出，电流型变频器比电压型变频器谐波损耗高。在部分负载时差值减少，因为对电压型变频器谐波损耗是恒定的，但对电流型变频器谐波损耗是随着负载的增加而增加。④④②③①F-3%由基波频率产生的损耗由谐波产生的损耗I一负载附加损耗图4变频器供电对笼型感应电动机(机座号315M,N设计)在额定转矩和转速时各项损耗的影响6变频器供电运行时的转矩降低电动机由变频器供电在额定频率运行时所产生的转矩由于温升增加(谐波损耗)通常要比正弦电压供电时的额定转矩低。另外的原因也可能是由于变频器电压的下降。要保持额定转矩可能会减少绝缘的使用寿命。5GB/T20161—2008/IECTS60图5中的实线指的是变频器使电动机主磁通保持不变时的输出电压和频率的关系曲线，该主磁通与正弦电压供电时近似相同。如果已知变频器输出的谐波频谱，电动电机温升。温升取决于该电动机的设计及其冷却方式(IC01或IC411)。决定电动机转矩降低因数时重图5基波电压U₁与运行频率f₁的关系曲线(见第6章)电动机在额定频率时的同步转速以下的速度调节范围内，若电动机的影响，有些变频器将特性设计成图5中的虚线所示特性，与没有补偿作用相比，低速时具有较高的对于图5中电压和频率标幺值在1.0以上的运行点，变频器输出电压在频率增加时通常保持不变图6给出了一台由电流型变频器供电的典型的电动机转矩降低曲线的实例。电压型变频器供电时转矩曲线。因涉及到电动机不同的冷却方式(IC01或IC411)和通风方法(自循环冷却或独立循环冷却),不可能给出适用于所有情况的转矩降低曲线。通常，由脉冲控制的变频器(脉冲频率在kHz范围6f/f在脉冲控制变频器的驱动系统中，最有影响的振荡转矩的频率取决于开值取决于脉冲宽度。目前的变频器其开关频率通常超过基波频率10倍，其振荡转矩的幅值可高达15%。如用更高的开关频率(大约为21×f),并采用适当的脉冲模式(例如正弦基准波调制或空间一相量调制),频率为6×f₁和12×f₁的振荡转矩实际上可以忽略不计。此外，还将产生二中心高H<200mm:fo,r=o>4500Hz,fo,r=2>800Hz,fo,=4>4000Hz中心高H>280mm:fo,r=o<3000Hz,fo,ra₂<500Hz,fo,r=4<2500Hz在低速开关电流型变频器供电的情况下(通常是装有半导体晶闸管),在换流期间有尖峰电压作用于主绝缘和匝间绝缘上。换流峰值通常不危害绝缘系统，因为其上在快速开关电压型变频器供电的情况下(通常是IGBT),作用在匝间绝缘上的电压梯度是重要的，特别是对接近电源引入处的线圈。绕组绝缘承受的介电应力取决于变频压、脉冲上升时间和频率、变频器和电动机之间连接线的特性和长度、绕组结构以及其他系统快速开关型逆变器与连接电缆的组合因传输线路的影响将产生峰值电压。对额定电压小于或等于交流500V的电动机，当承受如图7所示的峰值电压时，作为典型其绝缘结构应具有满意的寿命。应当心避免改变应用速度，包括快速变化，这些会造成在变频器的输出端产生2倍于额8(/V(/V0““电压范围△u是指电压脉冲出现前和出现后电压瞬时值的差，该电压脉冲在电压到达其第一个最大值的瞬间即告结束。上升时间t:的定义是：电压从整个电压范围△u的10%上升到90%时的时间9没有超过约500mV(峰值),根据长期的经验无需采取防护措施。当轴电压超过约500mV(峰值),有就足以避免通过两个轴承以及当用导电联轴器时，可能通过负载机械的轴承当电动机由电流型变频器供电运行时，因供该共模电压是因变频器的拓扑结构和控制方式而固有的，它特别包含了频率分量。其峰值为变频器中间电路直流电压的50%范围之内，或当为不可控的六脉冲整流器时，为变频器输入线电压的72%范围之内。三相共模电压是同相的，可以看作是电压的零序分量。图10所组和铁芯之间的电容有关。后者的作用将在同一匝线圈的两边产屏蔽测量线，否则因较高频率分量的影响将会得出错误的结果。b)如果电动机轴端的电位更接近于变频器的接地电位而非电动机机座的电位，脉冲式的电容性电流将流经电动机的轴承，尤其是驱动端的轴承。当电动机和负载设备通过导电联轴器且电动机的机座没有充分地接地时，就会造成这种情况。轴中心高315mm以上电动机，可测量到幅值大于10A的电流，轴承将在仅运行数百小时以内时就会被损坏。c)如果定子铁芯和机座很好地接地(见图10),存在于轴承径向间隙的由电容耦合产生的电压，称作轴承电压，可被测量。轴承电压是共模电压的镜像。共模电压的百分比称做BVR(轴承电压比),它取决于定子绕组和转子之间的电容，转子和机壳之间的电容以及轴承本身的电容。测量结果表明，通常，轴承电压在10V～30V(峰值)的范围之间。如轴承电压超过其击穿值还会出现短时的放电电流(称做EDM¹)电流)。放电电流的重复率随着轴承电压数值和脉冲频率的增长而增加。可测量到，放电电流击穿的峰值在数安培的范围之内，重复率为每20ms50次～100次。不能仅对一个轴承进行绝缘来抑制放电电流。放电电流击穿会造成轴承座的蚀损，可通过轴承噪声的增大而被较早地发现。d)本标准范围内的以及轴中心高280mm及以下的电动机因变频供电而损伤轴承的现象很少。但轴承承受的介电应力随变频器控制方式尤其是开关频率的不同而变化的范围很大。如用输出电压大于400V(有效值)、脉冲频率高于10kHz的变频器供电，应考虑对一个轴承加以e)对本标准范围内的电动机，抗磨擦轴承的绝缘可采用相同尺寸的绝缘轴承来实现。对于中心高315mm及以上的电动机，建议采用绝缘阻抗在1MHz时至少100Q的轴承绝缘。几乎不需要将电动机的两个轴承同时加以绝缘。在某种情况下，建议请专家审核整个驱动系f)本标准范围内的以及轴中心高315mm及以下的电动机，不可能对电动机的轴承进行绝缘或为了减少共模电压对电动机轴承造成危害，必须采取一切措施使穿透为了满足该要求(还有EMC要求),应使用屏蔽对称多芯电缆。为了在高频时具有低阻抗，屏蔽层应为铜或铝。屏蔽层两端都必须连接到PE。电缆中接地导体对称于三相导体为宜