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变频器应用中的反射波现象
发布时间：
2023-07-04 14:51
来源：
Vincotech
使用变频器（Variable Frequency Inverter，VFD）的感应电机数量逐年增加，其中1kW到100kW变频器的应用市场最大。在变频器应用中，需要考虑反射波现象带来的影响。反射波现象产生的原因是电机的浪涌阻抗与传输线的浪涌阻抗不匹配。
传输线的浪涌阻抗可以根据厂家提供的L'（代表每单位长度传输线的电感）和C'（代表每单位长度传输线的电容）值计算：
横截面为0.75mm2的3芯+地线传输线的L'和C'一般约为0.5μH和100pF，计算出的浪涌阻抗约为70Ω。
额定功率越小的电机，浪涌阻抗ZM越高（如图1所示）。与大功率电机相比，小功率电机的浪涌阻抗与传输线阻抗更加不匹配，从而反射更多的PWM波。电机的浪涌阻抗并不是一个绝对值，功率为1kW的电机，其浪涌阻抗范围大致是800Ω～4000Ω（由电机制造商定）。
图1 电机的浪涌阻抗与额定功率的关系
由于电机与传输线的浪涌阻抗不匹配，所产生的反射波的反射系数计算式为：
以浪涌阻抗为1kΩ的1kW电机为例，计算出反射系数为0.87，代表电机端的理论电压会比原始的直流母线电压高87%。
在反射波现象中，传输线的长度也是一个重要因素，但目前先不讨论，暂且把它当成一根很长的传输线，因此所有的反射波电压都加在了电机端上。图2显示了在直流母线电压为565V、启动上升时间为100ns（电压变化为6kV/μs）的条件下，变频器的输出电压和电机端电压的仿真结果。
图2 变频器的输出电压（左）和电机端电压（右）
电压过冲伴随着开关的通断施加在传输线和电机上，在传输线的选型中需要考虑到这个影响，尤其要关注线的隔离性（绝缘性），此外也要考虑电机绕组间的隔离能力。普通电机的额定耐压值只有1000V，为应对反射波现象，可使用230V的电机和变频器，以提供一个合适的隔离能力余量。
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