大功率变频驱动系统用电缆的研制

大功率变频驱动系统用电缆的研制

庞玉春,　冯志骏,　董　春

(宝胜科技创新股份有限公司,江苏宝应225800)

摘要:介绍了大功率变频驱动系统用电缆的研制以及该电缆的结构特点和技术创新点。关键词:变频系统用电缆;屏蔽;3+3结构;设计;技术创新点中图分类号:T M246.9

文献标识码:A

文章编号:167226901(2008)0520017203

D evelop m en t of the Cable for Large Power Frequency Conversi on D r i v i n g Syste m

PE NG Yu 2chun,et al

(BaoSheng Technol ogy I nnovati on Co .,L td .,Baoying 225800,China )

Abstract:Devel opment of the cable f or large power frequency conversi on driving syste m as well as the constructi onal characteristics and technical novelties of the cable were p resented .

Key words:cable for frequency conversi on syste m;shield;3+3constructi on;design;technical novelties

收稿日期:2008203215

作者简介:庞玉春(1966-),女,高级工程师.作者地址:江苏宝应县宝胜中路1号[225800].

0　引　言

20世纪70年代起,国际上已采用了正弦脉冲

宽度调制技术(SP WM )的变频器,使交流电机变频调速进入了实用阶段。交流变频调速具有提高设备工艺水平和生产效率,以及显著的节能效果。采用变频调速的变频电机具有设备投资费用少,结构简单,体积小,成本低、节能、调速范围大,以及恒功率、恒转速的特性,使用方便,容量大等优点,因此,广泛应用于冶金、矿山和铁路等工业,目前在家用电器上也获得了大量的应用。但是,我国在大功率变频驱动系统开发和应用尚处于起步阶段,与其配套的35k V 及以下大功率变频驱动系统专用电缆在国内也尚未生产。鉴于这种情况,我公司组织科研人员通过吸收国外先进技术,开始研制了额定电压为35k V 及以下大功率变频系统用的电力电缆。

1　产品结构与性能

我公司通过对大功率变频驱动系统的剖析及对国外同类电缆产品深入研究后,进行了消化吸收和

再创新,研制出了抗静电偶合干扰、低介质损耗、低电容、耐电热老化和寿命长的额定电压35k V 及以下大功率变频系统用电缆(见图1)。其与国外同类产品结构和性能的比较见表1。

图1　产品结构示意图

1-铜导体　2-复合绝缘层　3-屏蔽层　4-填充

5-内衬层　6-复合屏蔽层　7-外护套

表1　我公司研制的产品与国外同类产品的比较

项目

国外产品

采用方式

应用效果我公司产品采用方式应用效果

绝缘线芯排列

3芯

常有误动作,不适用3+1芯电机噪声较大,有高次谐波3+3芯

完全满足要求

3+3芯

完全满足要求

屏蔽结构铜丝编织

一般铜带绕包

良好铜丝缠绕

好

铜丝缠绕+铜带绕包

非常好

该产品具有以下技术性能:

(1)相线符合G B /T 12706.2—2002性能要求,接地导体符合G B /T 3956第二类导体的规定;

(2)绝缘层能够经受由于变频系统高次谐波反

射导致的2～3倍的系统峰值电压,在95℃～100℃,≥2k V下,tanδ≤0.0080;

(3)具有良好的屏蔽性能,总屏蔽的截面积不小于相线截面的50%,屏蔽层传输阻抗在100MHz 范围以内,小于等于1Ω/m;

(4)保护接地导体与相线金属屏蔽层间的任何一点的绝缘电阻不超过500Ω;

(5)电缆结构紧凑,用电安全性高,可降低变频器输出中存在的高次谐波的不良影响,降低电机噪声,提供过电流误动作保护,提高电机的转矩效率。

2　电缆的设计

作为实现交流到直流、再由直流到交流的大功率变频驱动系统的专用电缆,与供电系统用电力传输电缆相比,要求具备低传输阻抗、低绝缘损耗、高抗电磁干扰性、高电磁耦合平衡性与环保性能于一身,而对于供电系统用电力传输电缆,能具备上述一、二项已属不易,但变频器的多功能化和电子技术的高新化对变频器专用电缆提出了上述的多项高的性能要求。为实现上述目标,设计人员通过对变频器的剖析,从结构、工艺和试验方式上开始设计大功率变频驱动系统用电缆。

2.1　产品设计

(1)利用三层共挤工艺,导体屏蔽、绝缘层、绝缘屏蔽一次挤出。绝缘采用纯净交联聚乙烯,其不但介质常数小、绝缘电阻大,而且耐电晕能力强,三层共挤工艺可以进一步提高绝缘体的综合性能,保证电缆的电压降和相间干扰优越性。在绝缘屏蔽层外再绕包一层铜带作为其金属屏蔽层,以改善电缆的屏蔽效能。

(2)屏蔽装铠层采用皱纹铜管式。该结构一方面改变了现有电力电缆屏蔽与装铠的分层设置,使电缆结构紧凑、成本下降的同时改善了电缆的柔软性。另一面还提高了电缆的屏蔽效果(特别是在高频环境中),使保护电磁场呈筒形闭环分布,在保证电缆柔软性及机械强度的前题下,提高其屏蔽抑制系数,延长电源倍增时电机和传动器间的转换时间。

(3)隔离层绕包耐热、非吸湿性和高强度的P BT聚酯带,以保证屏蔽层与线芯的耐电压冲击性。

(4)外护层采用行业热点的绿色环保安全无卤材料,其具有耐油、防水、耐环境浸损于一体,保证电缆在各种恶劣环境下的性能稳定性。

2.2　工艺的流程

该产品的工艺流程如图2所示

。

图2　产品的工艺流程

3　主要技术创新点

大功率变频驱动系统用电缆结构设计的创新点概括为以下两点。

3.1　采用铜丝缠绕+铜带绕包和金属带纵包连续

焊接轧纹的两种结构型式

电缆总屏蔽采用“铜丝缠绕+铜带绕包”和“金属层纵包连续焊接轧纹”的两种结构形式的设计,此结构的屏蔽电缆可抗电磁感应、接地不良和电源线传导干扰,减小电感,防止感应电动热过大。屏蔽层既起到抑制电磁波对外发射的作用,又可作为短路电流的通道,能起到中性线芯的保护作用。传统制造者习惯采用铜线编织屏蔽,实际上这并不是好方法,材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效应不是最理想。采用铜带搭盖纵包并轧纹是较为先进的结构和工艺,形成了全封闭金属层,达到有效的屏蔽效果。

本结构的设计充分利用了铜材良好的导电性与良好的塑性,在加工成皱纹管式后,不但提高了电缆的抗压强度和弯曲性能,而且无缝隙、无接头的管式屏蔽层又提高了电缆的屏蔽效果。

通过以上电缆的结构设计,最终使电缆实现耐高压、耐高频、耐脉冲电压、耐电晕以及可有效抑制高频干扰等良好的电气性能,同时具备低烟无卤、阻燃、耐油、耐湿、耐磨、耐压、耐高低温等优良的物理机械性能。

3.2　“3+3”型组合结构进行相互间隔均匀排列的

设计

本电缆的结构改变了传统电缆的设计思维,采用“3+3”结构,主线芯和接地线芯构成隔离式对称分布,电缆结构稳定、可靠;对称“3+3”屏蔽结构设计,提高电缆抗电磁辐射性能,保证电缆应用于变频器时,一方面不受外界干扰,另一方面不干扰其它电器设施,以提高整个大功率变频驱动系统的用电安全性,实现变频器和电源的匹配,改善功率因数,减少高次谐波的不良影响,降低电机噪音。

变频器中3根中性线应根据变频器及电机上的接地端子分别接地。3+3芯电缆结构是将三大一小的四芯绝缘线芯中第四芯(中性线芯)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。

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