变频电缆的工作情况和特点以及设计分析

1.变频器电缆是什么呢？

通俗的讲，变频电缆就是主要用于变频电源和变频电机之间连接用的电缆，变频电缆具有广阔的应用领域，适用于矿山、冶金、造纸、铁路、食品加工和金属加工等行业。

2.那么变频电缆与普通电缆Zui大的区别在哪里呢？

首先，变频电缆在特殊的环境下工作，其工作频率调节范围较宽，这就会导致其工作时无论工作频率高或者低，都会具有一个主频率的波形轮廓，同时会包含许多高次谐波的产生，经过多次反射幅值叠加后，其承受的电压可达到工作电压的数倍。在如此工作条件下倘若变频电缆的绝缘安全系数不够高，那么非常容易就使得电缆被击穿，从而引发一系列的安全事故，造成巨大损失。

其次，我们可以想到电缆在工作状态下会对外发射电磁波进行污染。尤其是在工业领域内能广泛的出现这一现象，主要原因是电机功率比较大，而且连接变频电源与变频电机之间的电缆长度也比较长。这就导致了在工作状态时电缆如同是一个向外发射高频电磁波的有效载体，被称之为电磁波的环境污染。

3.设计变频电缆时我们需要克服哪些问题？

首先，需要克服的问题就是普通电缆在变频条件下可能几小时之内就会被击穿。经分析后可以得出结论，导致这一现象发生决不是绝缘老化而产生的，究其根本可归结于高频脉冲电压对绝缘的影响而产生。故电缆设计时绝缘材料的选型就显得非常重要了，分析常见的电缆材料我们可以知道，聚氯乙烯绝缘常常会因其介质损耗偏大而加快绝缘击穿，交联聚乙烯绝缘则兼有热、电、机等优良性能，因此我们选用交联聚乙烯作为变频电缆的绝缘料。同时我们在设计电缆绝缘厚度时也可以对绝缘厚度进行适当加厚，使变频电缆更加安全可靠。

其次，我们需要解决高频电磁波对环境污染的问题。以四芯低压电缆为例，我们首先可以通过改善绝缘线芯的排列方式，来减小高频电磁波对环境的污染。若电缆的三根主线芯与地线芯直接成缆，则谐波电流产生的磁场会不对称；而将地线芯分解为三个截面较小的绝缘线芯，把三大三小线芯对称成缆，则基本上能使磁场对称化，降低了磁场对外的干扰。其次应加强屏蔽结构，一般都习惯采用铜丝编织屏蔽，实际上该屏蔽结构材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效果也不是Zui理想。为了达到更好的屏蔽效果，同时便于生产，采用铜带屏蔽加铜丝编织结构，可以有效的抑制电磁波对外发射。

变频电缆的工作特点

了解变频器的工作特点，变频电缆的设计应着重控制以下方面：

电缆本体对外发射电磁波。一般变频家用电器为单相供电，长度很短，功率也较小，设计时已将变频电源、连接电缆和变频电机一并设置在金属壳内，抑制了电磁波对外发射。但是在工业领域内，电机功率较大，连接变频电机和变频电源之间的电缆长度长，在工作时电缆就是高频电磁波向外发射的有效载体，对于周围邻近地区的通信工具或调幅接受器将产生干扰，有时情况也比较严重，称之为电磁波的环境污染，国外已对这种电缆提出要求，我们也已提出了相关 EMC 测试及控制方法。虽然目前没有国家规范规定电缆发射电磁波造成环境污染的考核指标，但抑制对外高频干扰是必须做到的。要想达到高频干扰的有效抑制，变频电缆屏蔽结构是尤为重要的。屏蔽结构是抑制对外高频干扰zuijia方法，而屏蔽结构分为铜丝编织屏蔽及铜带屏蔽。电缆采用铜丝编织屏蔽时，随着铜丝编织密度的增大，屏蔽抑制系数也不断增长，编织密度越大，屏蔽效果越好。电缆采用铜带编织屏蔽时，只有编织密度达到 90%以上，其屏蔽效果才与铜带屏蔽相当。所以，变频电缆应尽量采用铜带屏蔽，以确保屏蔽效果。制造者习惯采用铜线编织屏蔽，实际上这并不是zuihao方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效果不是Zui理想。采用铜带搭盖绕包并轧纹是较为先进的结构和工艺，形成了全封闭金属层，可达到有效的屏蔽功能。

脉冲电压对绝缘的影响。变频电源的频率调节范围较宽，不论频率高低，具有一个主频率的波形轮廓，它包含了许多高次谐波，作为一种行波经多次反射，幅值叠加可达到工作电压数倍，电缆越长，幅值越高，若电缆绝缘安全系数不高，可能被击穿。因此为确保电缆安全，我们从以下三个方面着手：

增大绝缘厚度，提高绝缘耐电压能力，同时选用绝缘性能较好材料。电缆绝缘厚度可采用对应电压等级的规定，若适当加厚，当然更为可靠，这对变频电缆更为有利。一般陆用情况下，采用聚氯乙烯绝缘并不理想，因为其介质系数偏大，在交变电场作用下，其介质损耗也很大。而采用交联聚乙烯绝缘则较为合适，交联聚乙烯材料介质系数低，介质损耗小，同时其耐温等级和机械性能也比聚氯乙烯好，其兼有机、电、热等优良性能。采用交联聚乙烯作为绝缘材料是比较适合的选择。

导体外增加半导电层以均化电场，减少jianduan放电。 导体在加工过程中，可能会在表面产生缺陷(如毛刺)，导体外没有半导电层，则在缺陷处产生电场畸变，容易产生击穿破坏绝缘。如施加半导电层后，由于半导电层的存在，导体表面电场得到均化，可有效避免绝缘击穿。

电缆采用对称结构，以达到均化电场和各相均衡。对于四芯低压电缆，首先是改善绝缘线芯的排列，假如电缆的四个芯直接成缆，是不对称结构，如果将第四芯分解为三个截面较小的绝缘芯，把三大三小线芯对称结构成缆。

屏蔽层接地措施。屏蔽层接地良好是抑制电磁波对外发射的必要条件，铜线编织屏蔽的接地方式较容易解决，而纵包铜带轧纹屏蔽需用专用夹具接地，夹具与轧纹铜管的接触面应当吻合，接地线由夹具尾端引出。

外护套。这种电缆大多数敷设在室内，一般不需铠装，虽然不完全排除用聚氯乙烯护套，但选用高密度聚乙烯更为合适。

电缆的附加试验。一般低压电缆不需要进行脉冲电压试验，如IEC 60502 标准仅对 3.6/6kV 及以上的电缆才规定进行脉冲电压试验。变频电机的连接电缆情况略有不同，需要承受高频脉冲电压。高频波振幅可达1200～1900 V，振铃频率约 100～2000 kHz ，对电缆进行脉冲电压试验(型式试验)是为验证电缆的绝缘水平。试验可参考 IEC 60502 标准，即施加正 负 各 十 次 脉 冲 电 压 试 验 ， 试 验 电 压 可 考 虑 40kV ，但需要进一步验证，是否必要工厂也可自行决定。

3.6/6 ～ 6/10 kV 中压变频电缆的发展由于机械装备大型化，需要电机容量也配套扩大，相应变频电源的输出电流也要求增大，但受到大电流变频元件的限制，进一步提高电流容量技术发展受到限制。但另一方面提高变频电源输出电压相对比较容易，提高电压后,中压变频电机功率可大幅度增加，此时电缆的电压等级也必须跟上。目前3.6/6～ 6/10kV 中压变频电缆已有投入使用，从绝缘结构和电气、机械、物理性能上说，可以与电力电缆等同，交联聚乙烯显然是shouxuan绝缘材料，如果在敷设时要求柔软，采用乙丙橡胶绝缘也有一定的优点。由于工作电压的提高，高频电磁波的发射能力明显增强，所以屏蔽结构要求更完善。在变频电缆工作条件下，同轴电缆是一种合适的结构，所以变频电缆的三个主线芯采用同轴结构，总屏蔽的结构与低压变频电缆相同。

作为一种变频专用电缆，变频电机用交联聚乙烯绝缘电缆是一种新的系列产品，尽管市场的总需求量并不很大，但这种电缆的发展很有前途，中型及以上的变频电机应当采用这类专用电缆，至于小型变频电机用变频电缆，归入此范畴也未尝不可。