控制變頻電纜 變頻電纜目前選用了交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料，實際工作中承受的頻率變化范圍為
30~300HZ，變頻電纜有著抵抗高次諧波、減小與外界環(huán)境相互干擾等優(yōu)點，主要敷設的地點為室內(nèi)，這使得變頻電纜的運行與周圍的供電或用電設備有了非常密切的關(guān)系，于是就需要有一種特殊的結(jié)構(gòu)來解決這種復雜的相互關(guān)系。因此便產(chǎn)生了對稱3+3的結(jié)構(gòu)。下面將對其作具體的說明。
外部環(huán)境對變頻電纜的影響及解決辦法
外部環(huán)境對變頻電纜的影響主要是變頻器產(chǎn)生的高次諧波的影響。對于交—直—交型的變頻器，由于采用了開關(guān)的切換技術(shù)，使其輸出的不再是正弦波，而是可分解為正弦基波和高次諧波的階梯波。以普通的3+1型電力電纜為例，完整的三項供電系統(tǒng)，當三項電流平衡時，其中性線芯的電流為零；當高次諧波產(chǎn)生時，經(jīng)過電纜的多次反射，便會出現(xiàn)對此的波峰與波峰或波谷與波谷相疊加的機會，電纜越長疊加機會越多表現(xiàn)得也就越明顯。加之電纜這個大的電容本身對高次諧波就有著放大的作用，對于3+1型電纜，高次諧波產(chǎn)生的電流分量在中性線芯內(nèi)無相位差，這樣一來電流將會疊加成原分量的數(shù)倍，中性線芯在高頻脈沖下很快就會被擊穿。為了解決這個問題，我們將3+1型的電纜中的1芯分成了三份，以對稱的方式做成3+3結(jié)構(gòu),這樣，三個中性線芯的相位一次滯后120°，形成了一個對稱平衡的狀態(tài)，使得電流不會型疊加，有效的減小了高次諧波對變頻電纜的危害。此為變頻電纜選擇對稱3+3結(jié)構(gòu)的理由之一。
變頻電纜對外界的干擾和解決辦法
變頻電纜主要是用來連接電源與變頻器、變頻器與用電設備的電纜。其敷設的空間相對較小，而電壓等級有相對比較高（zui高可達8.7/15kv），在其運行過程中，會產(chǎn)生大量的電磁波，對周圍的供電和用電系統(tǒng)都會產(chǎn)生強烈的干擾。這就要求變頻電纜要有更好的屏蔽措施。所以對電壓等級為3.6/6kv及以上的變頻電纜都要求有分相屏蔽和統(tǒng)包屏蔽。采用多層屏蔽可以達到非常好的效果。然而，
若是屏蔽內(nèi)的回路出現(xiàn)了偏心，電磁屏蔽的效果勢必要 下降，這時屏蔽中產(chǎn)生的渦流損耗就會有所增加。對于偏心的電纜，設屏蔽衰減值為Ap 則有Ap=As+㏑∣1/Sp∣式中
As 為纜芯位于屏蔽中心時的衰減值Sp為偏心系數(shù)分析：在偏心的電纜中，Sp是用遠大于1 的，于是㏑∣1/Sp∣就成了一個負值，這 樣，我們就得到了一個結(jié)論：Ap﹤As  即：電纜在偏心的情況下金屬屏蔽的效果有所下降。偏心是的，也就是說Ap永遠都小于As，問題在于我們要設法使Ap﹣As的值到
zui小，以此來增強金屬屏蔽的效果，從而減少變頻電纜對外界的干擾。那么，如何才能zui大限度的減少偏心呢？  唯有對稱。3+3結(jié)構(gòu)的變頻電纜是對稱的。這種對稱的結(jié)構(gòu)加上相應的金屬屏蔽，可以使電纜的屏蔽系數(shù)降低到0.7，甚至更小。這就有效的屏蔽了電磁波的外泄，使金屬屏蔽得以更好的發(fā)揮作用。此為變頻電纜選擇對稱3+3結(jié)構(gòu)的理由之二。
變頻電纜設計為對稱
3+3結(jié)構(gòu)的其它理由a)對稱3+3結(jié)構(gòu)的變頻電纜纜芯是互換的，這樣便有了更好的電磁兼容性，對抑制干 擾起到一定的作用，并且能低效高次諧波中的奇次諧波，提高了電纜的抗干擾性。b)采用對稱3+3結(jié)構(gòu)的變頻電纜可以有效的防止高頻軸電流的產(chǎn)生。
實際應用問題
電纜的結(jié)構(gòu)設計的好壞與實際的操作和應用的合理與否有著密切，這兩者相輔相成。我們所設計的變頻電纜為3+3對稱結(jié)構(gòu)，而電纜真正起作用是在敷設以后。也就是說，敷設以后是否為對稱結(jié)構(gòu)，這才是變頻電纜應用的關(guān)鍵。其影響因素具體有以下兩點：a)生產(chǎn)中。尤其是在成纜這一環(huán)節(jié)zui為關(guān)鍵。成纜后的結(jié)構(gòu)是否對稱直接影響到敷設 后的運行。這要求技術(shù)人員的合理設計和操作人員成熟的技術(shù)水平，以及生產(chǎn)設備的性能穩(wěn)定。這幾項是缺一不可的，也是變頻電纜3+3對稱結(jié)構(gòu)是否能成功運用 的必要條件。b)敷設。這一點是我們要著重考慮的。變頻電纜多數(shù)敷設在室內(nèi)，不需要鎧裝，敷設 的空間也不是很大?？臻g小必然會造成多彎曲，于是對稱的電纜會因為多次的彎曲而導致不對稱。前面我們已經(jīng)討論了對稱結(jié)構(gòu)對于變頻電纜的重要性，那這個問題就很嚴重了。如何地解決呢？據(jù)實際的電纜工程資料顯示，如此敷設的變頻電纜的電壓等級幾乎都在1.8/3kv以下，而這個電壓等級的變頻電纜是不需要分相屏蔽的，這樣的話我們可以采用工業(yè)用膠在其成纜時將線芯粘住，以固定其結(jié)構(gòu)。據(jù)了解，已經(jīng)有很對稱型的通信電纜用這種方法來解決類似的問題。

控制變頻電纜
結(jié)論
變頻電纜采用對稱3+3的結(jié)構(gòu)可以有效的降低與外界的相互干擾，在實際的應用中更有價值，更有競爭力。我公司已經(jīng)運用此結(jié)構(gòu)生產(chǎn)變頻電纜數(shù)年，并得到了廣大用戶的*好評。在國內(nèi)看來，雖然技術(shù)還不是很成熟，一些問題還有待于解決，（例如，現(xiàn)如今的3+3型變頻電纜的3個小芯的截面積有些過?。┑@已經(jīng)阻擋不了其發(fā)展的潮流，相信在不久的將來都會解決。3+3型對稱變頻電纜也將會以低干擾、抗高次諧波的優(yōu)點受到更多用戶的歡迎.
近二十年來變頻調(diào)速電機在國內(nèi)外有很大的發(fā)展，年增長率略超過10% ，而直流傳動年增長率為3-4% 。變頻電機具有較多的優(yōu)點，如設備投資費用少，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，節(jié)能，調(diào)速范圍大，具有恒功率、恒轉(zhuǎn)速的特性，使用方便，容量大等等。因此當前在冶金、礦山、鐵路等工業(yè)方面廣泛地使用，zui近在家用電器同樣也大量應用。變頻調(diào)速技術(shù)關(guān)系到變頻電機、變頻電源和連接電纜，這段電纜長度并不很長，截面也不很大，絕緣性能屬于電力電纜范疇，因為實際的工作頻率為30～300 Hz ，常簡稱為變頻電纜，當前常選用交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料。大概三十年前，電纜研究所開發(fā)和生產(chǎn)過中頻電纜，這也可稱得上是目前變頻電纜的前身，其工作頻率為100～400 Hz ，提供電源的設備是由直流電機驅(qū)動的中頻發(fā)電機組，改變直流電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出頻率，中頻電壓的波形能維持形狀規(guī)則的正弦波，當時電纜的設計思路是降低線路阻抗和集膚效應，采取同軸電纜和擴大內(nèi)導體直徑，電纜在冶金工業(yè)上應用效果十分良好。目前的變頻電源是通過可控硅元件調(diào)頻，較大程度上改變了波形特性，從而對電機和電纜帶來了新問題。
一、變頻線纜的工作特點
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。石油開采用3000多米長的潛油泵電纜，在工頻下能*正常運行，可是在變頻條件下，電纜才投入運行數(shù)小時即發(fā)生擊穿，說明脈沖過電壓的危害性，所以預防是必要的。由于交聯(lián)絕緣電力電纜的耐壓水平較高，電纜長度一般在300米以內(nèi)，多年來的運行未發(fā)生擊穿事件，盡管如此，絕緣厚度及工藝應加以重視，實心絕緣是可靠的，繞包絕緣是不適合的。
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，設計時已將變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內(nèi)，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，電機功率較大，連接變頻電機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)的通信工具（如無繩）或調(diào)幅接受器（如收音機調(diào)幅波段）將產(chǎn)生干擾，有時情況也比較嚴重，稱之為電磁波的環(huán)境污染，國外早已對這種電纜提出要求，國內(nèi)也很重視，目前各電纜廠制訂了企業(yè)標準，今后將會統(tǒng)一制訂行業(yè)標準。
3.中性線電流的疊加
完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當三相電流平衡時，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，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面應不小于相截面。
二、變頻線纜的結(jié)構(gòu)及附加試驗討論
了解變頻電纜工作特點之后，就不難從電纜結(jié)構(gòu)改進來解決上述三個問題。
1.絕緣的電氣擊穿問題
變頻電機大量應用后，重慶線纜大多數(shù)情況選用一般電力電纜，如聚氯乙烯絕緣、護套電纜或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜，由于電纜本身耐壓水平較高，很少發(fā)生電纜本體擊穿。這與上述深井油泵電纜擊穿事故顯然不同，深井油泵電纜采用聚酰亞胺/聚全氟乙丙烯復合薄膜繞包燒結(jié)和乙丙橡膠雙層絕緣，從厚度和絕緣密實來看并不理想，油泵電纜長度超過3千米，油井的工作環(huán)境嚴酷，電纜處在高溫、高壓、含油和含水的條件中工作，其絕緣性能比較脆弱，當運行過程中受到多種惡劣因素的侵蝕后發(fā)生電、熱因子交錯作用而導致絕緣擊穿。為何電纜在工頻下能*運行而變頻下幾小時內(nèi)擊穿? 這決不是老化問題，本上可歸結(jié)于高頻脈沖電壓的影響。一般陸用情況下，采用聚氯乙烯絕緣并不理想，因為其介質(zhì)損耗偏大。交聯(lián)聚乙烯絕緣較為滿意，它兼有機、電、熱等優(yōu)良性能。電纜絕緣厚度可采用1kV 電壓等級的規(guī)定，若適當加厚，當然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。
2.高頻電磁波對環(huán)境污染問題
雖然目前沒有國家規(guī)范規(guī)定電纜發(fā)射電磁波造成環(huán)境污染的考核指標，但抑制對外高頻干擾是必須做到的。對于四芯低壓電纜，首先是改善絕緣線芯的排列，假如電纜的四個芯直接成纜，是不對稱結(jié)構(gòu)，如果將第四芯分解為三個截面較小的絕緣芯，把三大三小線芯對稱成纜,二種情況相比較，對稱型比較有利。第二應認為更重要的是加強總屏蔽結(jié)構(gòu)。制造者習慣采用銅線編織屏蔽，實際上這并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應不是。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較為*的結(jié)構(gòu)和工藝，形成了全封閉金屬層，只要厚度適當，可達到有效的屏蔽功能。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。
3.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夾具接地，夾具與軋紋銅管的接觸面應當吻合，接地線由夾具尾端引出。
4.外護套
這種電纜大多數(shù)敷設在室內(nèi)，一般不需鎧裝，雖然不*排除用聚氯乙烯護套，但選用高密度聚乙烯更為合適。
5.電纜的附加試驗一般低壓電纜不需要進行脈沖電壓試驗，如IEC 60502 標準
僅對3.6/6 kV 及以上的電纜才規(guī)定進行脈沖電壓試驗。變頻電機的連接電纜情
況略有不同，需要承受高頻脈沖電壓。高頻波振幅可達1200～1900 V ，振鈴頻率約 100～2000 kHz ，對電纜進行脈沖電壓試驗（型式試驗）是體現(xiàn)電纜絕緣
水平。試驗可參考IEC 60502 標準，即施加正負各十次脈沖電壓試驗，試驗電
壓可考慮40 kV ，但需要進一步驗證，是否必要工廠也可自行決定。
三、
3.6/6 ～6/10 kV中壓變頻電纜的發(fā)展由于機械裝備大型化，需要電機容量也配套擴大，相應變頻電源的輸出電流也要求增大，但受到大電流變頻元件的 限制，進一步提高電流容量技術(shù)發(fā)展受到限制。但另一方面提高變頻電源輸出電壓相對比較容易，提高電壓后,中壓變頻電機功率可大幅度增加，此時電纜的電壓等級也必須跟上。目前3.6/6 ～6/10 kV中壓變頻電纜已有投入使用，從絕緣結(jié)構(gòu)和電氣、機械、物理性能上說，可以與電力電纜等同，交聯(lián)聚乙烯顯然是*絕緣材料，如果在敷設時要求柔軟，采用乙丙橡膠絕緣也有一定的優(yōu)點。
由于工作電壓的提高，高頻電磁波的發(fā)射能力明顯增強，所以屏蔽結(jié)構(gòu)要求更完善。在變頻電纜工作條件下，同軸電纜是一種合適的結(jié)構(gòu)，所以變頻線纜的三個主線芯采用同軸結(jié)構(gòu)，總屏蔽的結(jié)構(gòu)與低壓變頻電纜相同。
四、結(jié)束語變頻電機用交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜是一種新的系列產(chǎn)品，目前還不能說很成熟，技術(shù)上比較容易解決。盡管市場的總需求量并不很大，但這種電纜的發(fā)展很有前途，中型及以上的變頻電機應當采用這類電纜，至于小型變頻電機用變頻電纜，歸入此范疇也未嘗不可，當前對這類產(chǎn)品的行業(yè)標準也可提上日程。地線裸銅雖然可以，但安全性不行，一般在地線上擠包半導電屏蔽料。允許地線繞包半導電帶。