变频驱动器（VFD）通过控制三相交流电动机输送到电机的功率的频率和电压来调节三相交流电动机的速度。如今，这些设备（也称为可调速驱动器或变速驱动器）在整个行业的广泛应用中越来越普遍，从运动控制应用到通风系统，从废水处理设备到加工区域等等。

VFD提供许多好处;其中主要是在电机运行期间节省大量能量的能力。从这个意义上讲，这些设备既是一种有吸引力的“绿色”工程解决方案，也是一种经济的选择。其他好处包括能够：

将扭矩保持在与负载需求相匹配的水平改善过程控制通过提供“软启动”减少三相感应电机的机械应力改善电气系统的功率因数

基于VFD的系统的构建和操作方式将对系统的所有组件以及附近或相邻系统的寿命和可靠性产生影响。本文重点介绍VFD/电机系统中的电机电缆。它着眼于一些基本的电缆设计考虑因素，并提出了安装建议。用于VFD的电缆类型的评估Belden在实验室和工作应用中研究了最常用于VFD应用的电缆。（参考文献＃1）没有检查一些接线方法，例如THHN在导管中构建导线，因为它们的使用已被证明具有不利影响，如其他研究所述。（参考文献＃2和＃3）这种排除的例外是使用PVC-尼龙绝缘PVC护套托盘电缆。这些电缆是最常安装的工业控制电缆类型，虽然它们经常被误用于VFD应用，但它们被包括在测试中以便进行比较。在测试中，评估了以下五种电缆设计：

交联聚乙烯（交联聚乙烯）绝缘，铝箔/编织（85％）屏蔽，工业PVC护套电缆，专为VFD应用而设计。（额定V/V）交联聚乙烯绝缘双铜带屏蔽工业PVC护套电缆，专为VFD应用而设计（额定电压V）交联聚乙烯绝缘，连续焊接铝铠装，工业PVC护套电缆，专为VFD应用而设计（VMC额定值）PVC-尼龙/PVC型TC（非屏蔽）PVC-尼龙/PVC箔护罩型TC

所研究的电缆用于将VFD与AC电动机互连。所有测试均使用当前一代，基于IGBT，VAC，5HPVFD，逆变器额定交流电机和相关实验室设备（如用于表征电缆的LCR仪表）和示波器进行电压测量。

电缆设计对电机和电缆寿命的

影响由电缆-电机阻抗不匹配引起的反射波在所有ACVFD应用中都很普遍。问题的严重程度取决于电缆的长度，PWM（脉冲宽度调制）载波的上升时间，VFD的电压以及电机和电缆之间的阻抗差异的大小。

在正确的条件下，来自VFD的脉冲可能会增加从电机反射回来的脉冲，导致电压电平加倍，这可能会损坏电缆或驱动器内的组件。解决方案是使用XLPE电缆绝缘，这是一种具有高脉冲电压击穿水平的材料。这使得系统对于VFD应用中的反射波和电压尖峰的失效比对这些应用中不推荐的PVC材料更具免疫力。

电缆相对于电机的阻抗将是本文概述的主要机制。这样做是因为电缆长度主要取决于应用的布局，上升时间随VFD输出半导体而变化，VFD的电压由应用决定。

首先，让我们看一下在一定马力额定值范围内相对于HP电机尺寸的估计电机阻抗，如图2所示。

请注意，1HP电机/驱动器组合的电缆阻抗需要大约为1,欧姆才能匹配相应的电机阻抗。不幸的是，具有如此高特性阻抗的电缆将需要超过几英尺的导体间隔。显然，这既不切实际又非常昂贵。

除了其他优点，例如电容减小，更紧密匹配的阻抗可以改善电机寿命。表1列出了观察到的线间峰值电机端电压，以及被测电缆的阻抗。使用英尺电缆长度进行电压测量。

表1显示了＃12AWG电路导线的典型阻抗值，并基于实际数据。电缆阻抗受其几何形状和制造中使用的材料的影响。电缆的特性阻抗使用以下公式计算，其中Zc=特性阻抗，L=电缆电感，C=电缆电容：Zc=vL/C

同样在表1中，注意电缆阻抗与电缆阻抗之间的反比关系。电机端电压峰值：阻抗较高的电缆往往会导致电机端电压峰值降低。电缆的阻抗设计也会影响其使用寿命。电机端子上的较低电压转化为电缆暴露于较低电压，从而延长其预期寿命。

此外，这降低了电缆或电动机达到其电晕起始电压（CIV）的可能性。这就是电缆中两个导体之间或电机上的两个绕组之间的气隙在高电位差下通过电弧或火花击穿的点。如果达到CIV，则电机绕组中可能发生绝缘故障。

电缆导体之间发生的电晕放电会产生很高的温度。如果电缆的绝缘系统是诸如PVC的热塑性材料，则该现象会由于绝缘体的逐渐局部熔化而导致电缆过早烧坏或短路。仅仅因为这个原因，热塑性绝缘材料不应用于VFD应用。

另一方面，基于XLPE的热固性绝缘系统是这些应用的理想材料，因为它们具有高温稳定性。在它们的情况下，由电晕产生的热量在绝缘体的表面上形成热隔离烧焦层，防止进一步降解。用于VFD的所有电缆应使用热固性绝缘系统作为预防措施。

了解和减轻VFD应用中的辐射噪声

VFD电缆辐射的噪声与其内部变化的电流量成正比。随着电缆长度的增加，反射电压的大小也会增加。这种瞬态过电压与VFD相关的高电流幅度相结合，产生了重要的辐射噪声源。通过屏蔽VFD电缆，可以控制噪音。

在本文提出的测试中，通过记录每种所检测的VFD电缆类型的10英尺并联非屏蔽仪表电缆的噪声幅度，观察到相对屏蔽效果。屏蔽效能测试的结果记录在图3中。

正如该图中的迹线所证明的那样，箔屏蔽不足以捕获由VFD产生的噪声量。连接在VFD和电机之间的非屏蔽电缆可以向非屏蔽通信电线/电缆辐射超过80V的噪声，对屏蔽仪表电缆辐射超过10V。此外，应限制在导管中使用非屏蔽电缆，因为导管是一种不受控制的接地路径，用于捕获噪声。

导管或导管悬挂器附近的任何设备都可能受到这种捕获的共模噪声的注入。因此，管道中的非屏蔽电缆也不是将VFD连接到电机的推荐方法。

如果辐射噪声是现有VFD安装中的问题，则在周围区域布置仪表/控制电缆时应小心。在这些电缆和VFD电缆/引线之间保持尽可能多的间隔。建议屏蔽仪表电缆至少一英尺间距，非屏蔽仪表电缆至少三英尺。如果电缆必须穿过路径，请尽量减少并行运行的数量，最好是垂直于电源/VFD电缆穿过仪器电缆。

如果在采取这些预防措施后噪音问题仍然存在，请使用非金属，垂直托盘火焰等级的光纤电缆和介质转换器或直接连接光纤通信设备作为仪器电路。还可能需要其他缓解技术，例如但不限于在电缆桥架或电缆管道中使用带通滤波器/扼流圈，输出电抗器，电动机终端器和金属屏障。

变频器应用

中共模噪声的影响VFD电缆的辐射噪声是相邻系统的干扰源，通常比共模噪声更容易识别和纠正。在后者中，在宽频率范围内（通常从60Hz到30MHz）的高水平噪声可以从电动机的绕组电容耦合到电动机框架，然后到地。

共模噪声还可以通过导管接地带，支撑或其他相邻的无意接地路径从导管中的非屏蔽电机引线电容耦合到地。这种共模接地电流特别麻烦，因为数字系统容易受到VFD产生的高频噪声的影响。

易受共模噪声影响的信号包括来自接近传感器的信号，来自热电偶或编码器的信号，以及一般的低电平通信信号。由于这种类型的噪声采用阻抗最小的路径，因此会发现不可预测的接地路径随着湿度，温度和负载随时间变化而变得间歇性。

控制共模噪声的一种方法是为电机框架处捕获的噪声提供已知的接地路径。低阻抗路径，例如设计合理的电缆接地/屏蔽系统，可以提供比使用建筑物接地网，钢铁，设备等更容易回到驱动器的噪声。

在此处提供的研究中，在五种电缆类型上进行测试，以确定每根电缆的屏蔽和接地系统的接地路径阻抗。测试是在宽频谱上进行的。结果如图4所示。较低的阻抗意味着更坚固的接地路径，因此耦合到建筑物地面的噪声相对较低。

较低的建筑物地面噪声意味着减少对附近相邻系统和组件的故障排除需求。

结论：电缆选择是变频器性能和可靠性的关键

这项测试清楚地说明了电缆永远不应成为VFD系统中的薄弱环节。电缆必须能够承受工作条件，并保持系统中其他组件的使用寿命。选择合适的VFD电缆可以减轻反射波的影响，从而提高整个驱动系统的使用寿命和可靠性。