专利名称：可抑制高次谐波的变频电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变频电缆，具体来说涉及一种可抑制高次谐波的变频电缆。
背景技术：
随着微机技术的日新月异，现代电力电子技术的迅速发展和现代调速控制理论的长足进步，变频器作为一种智能调速“元件”以其多用途、高可靠性和明显的节能效果迅速广泛地应用于各种大型自动化生产线和各类电机控制上。如钢铁企业轧钢、石油化工、造纸、印染、港口装卸和机械加工等生产线。变频技术在调速系统中的应用尤为广泛和突出，这是因为变频调速明显具有下列优点①.明显的节能效果。②.可实现电动机的软启动。③.调速范围广，可实现0 l*104rpm内调速。④.具有恒功率特性。⑤.具有恒转速特性。⑥.功率大、可靠性高、维护简单。⑦.体积小、重量轻、占地面积小。⑧.设备投资低，制造容易。⑨.可实现高自动化控制。以上这些优点是其它各种调速系统所不具备的，这就是为什么变频调速技术具有强大的生命力和发展前景。但是变频调速技术也存在它本身的缺陷。如不能得到很好解决，必将在很大程度上影响其推广使用，这是因为变频调速系统的电能转换工频交流电源一直流电源一变频交流电源一电机变频调速由50Hz的交流电通过电子整流器转换成直流电源，然后经逆变器将直流电源转换成频率可变的交流电源，用这种可变频率去改变电机转速服务于不同转速生产的需要。最大的问题发生在从直流电源转换成变频交流电源的过程中，为了达到足够的功率，逆变器必须以很高的电压梯度脉冲上升，如IGBT绝缘栅极型晶体管、载波频率高至 10 20KHz。上升电压梯度du/dt达6500 13000V/yS。这在变频器输出电源中产生了极为有害的高次谐波，这种高次谐波易通过变频动力传输电缆以一种极强的高频电磁波形式向周围发射，将会产生如下较为严重的问题。如①、对附近通信、信号、监测、控制、计算机、继电保护等弱电系统的强电磁干扰，致使以上系统工作失真、失灵或发生误动作而导致事故发生。②、高次谐波在整个传动系统中会产生轴承电流，导致轴承和传动付加速磨损，从而降低了系统的使用寿命。③、由于变频器、电缆和电机三者阻抗不匹配，含有高次谐波的变频电在传输过程中发生波反射，使电机端的电压急剧升高，其峰值电压可升至2-3倍，对电缆绝缘和电机绝缘有很强的破坏作用，导致绝缘击穿。④、高次谐波的存在，对电缆的结构和敷设长度均受到一定的限制。首先电缆应有可靠的屏蔽特性，同时电缆必须具有较高的谐振频率，以保护系统在运行时，变频器的端电流和电机电压不发生振荡，因而对该电缆的设计制造提出了严格要求。
而目前市场上变频系统所用电缆，一般采用传统3+1、4芯结构，由于电缆结构不对称平衡，电缆的电场、磁场始终处于不平衡状态，传输阻抗高，高次谐波发射量大，变频调速系统中的高次谐波不能得到有效抑制，系统存有严重的电磁干扰和较大电机轴承电流，其不断出现的问题是跳闸(电气系统俗称“黑色幽灵”)和降低电缆、电机的使用寿命 (因为传动过程中变频器、电缆和变频电机全都在一个系统中运行，相互影响。)，严重影响变频调速系统的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可抑制高次谐波的变频电缆，以解决现有技术中的诸多问题。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下可抑制高次谐波的变频电缆，其特征在于，包括缆芯和包在电缆内芯外的电缆外层，所述缆芯包括三相主线绝缘线和接地线，所述三相主线绝缘线呈120°相位角圆周分布，所述接地线均分成三等份，并呈120°相位角与三相主线绝缘线同圆心圆周分布于三相主线绝缘线周围。在本发明的一个优选实施例中，所述电缆外层从内向外包括内衬层、铝箔层、铜丝层、铠装层和外护套。在本发明的一个优选实施例中，所述缆芯与电缆外层之间设置有填充料。本发明的有益效果在于①、变频电缆不仅电场分布均勻，而且变频电缆的电容电流和屏蔽层的感应电压降至最低，电能传输中的损耗降至最低，使电缆的载流量和安全操作都得到有效的保障。②、使变频输出电源中的高次谐波得到最大限制的抑制，大量减少了电机及各传动部位的轴承电流，从而提高了电机及设备的使用寿命。③、有效地抑制了高次谐波对周围环境的干扰，可确保周围附近的通信、信号、监测、控制、计算机及断路保护等弱电设施正常工作，避免意外事故的发生。④、有较高的谐振频率，与其它屏蔽电缆相比，在同等使用条件时，该变频电缆的允许敷设长度可延长一倍，也就是说用本发明的变频电缆更加安全、可靠、使用寿命更长， 有效地避免变频器输出端电流和电机端电压发生谐振的危险。本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
图1为本发明的示意图。图2为三相电矢量图。图3为带接地线芯的3+1或4芯电缆的线芯截面空间圆周分布图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
如图1所示，一种可抑制高次谐波的变频电缆，包括缆芯和包在电缆内芯外的电缆外层，所述缆芯包括三相主线绝缘线1和接地线2，所述三相主线绝缘线呈120°相位角圆周分布，所述接地线均分成三等份，并呈120°相位角与三相主线绝缘线同圆心圆周分布于三相主线绝缘线周围。通过优化绞距配比、使主地线几何对称角度定位准确无偏差、实现了电缆结构的长期稳定可靠。缆芯与电缆外层之间设置有填充料3。电缆外层从内向外包括内衬层4、铝箔层5、 铜丝层6、铠装层7和外护套8。本发明的设计思路(原理)为调速电机均采用三相电机，在正常稳定工作状态下三相的电压、电流完全相对于平衡，每相的相位差各呈120°。变频器产生的高次谐波是一种高频电磁脉冲波，通过电缆时具有很高的发射能量，干扰性能很强。变频器输出的变频三相电源与电动机接收的变频的三相电源可近似恒等，因此有 A、B、C三相幅值相等，相位角呈120°。根据其矢量图(见图2)分析得出因为A = B = C，相位角Φ = 120度，所以A+B+C = 0三相电矢量和为零，这是一种十分理想的对称平衡状态，在这状态下，变频器和电动机的中性线为“零”状态，中性线上无电流，因此本发明的变频电缆结构的设计亦在符合三相相位角呈120度对称平衡状态的需要。同时，本发明的变频电缆设计还考虑整个系统的安全保护和人员生命安全，设备有可靠接地。接地线同时满足以下要求①.抑制整个系统的电磁辐射。②.从结构上保证对周围环境的微电子仪器设备的干扰降至最低程度。③.充分考虑电缆线芯的空间位置对电磁场分布强度的影响分析一般如带接地线芯的3+1或4芯电缆，其线芯截面的空间圆周分布呈(见图3)不对称状。则三相电在电缆中的电气参数处于不平衡状态。如电缆各相的电感、电容等参数就不可能相等。这样就无法实现对整个系统的电磁场辐射起到良好的抑制作用。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.可抑制高次谐波的变频电缆，其特征在于，包括缆芯和包在电缆内芯外的电缆外层， 所述缆芯包括三相主线绝缘线和接地线，所述三相主线绝缘线呈120°相位角圆周分布，所述接地线均分成三等份，并呈120°相位角与三相主线绝缘线同圆心圆周分布于三相主线绝缘线周围。
2.根据权利要求1所述的可抑制高次谐波的变频电缆，其特征在于，所述电缆外层从内向外包括内衬层、铝箔层、铜丝层、铠装层和外护套。
3.根据权利要求1所述的可抑制高次谐波的变频电缆，其特征在于，所述缆芯与电缆外层之间设置有填充料。
全文摘要
本发明公开了一种可抑制高次谐波的变频电缆，包括缆芯和包在电缆内芯外的电缆外层，所述缆芯包括三相主线绝缘线和接地线，所述三相主线绝缘线呈120°相位角圆周分布，所述接地线均分成三等份，并呈120°相位角与三相主线绝缘线同圆心圆周分布于三相主线绝缘线周围。本发明不仅电场分布均匀，而且变频电缆的电容电流和屏蔽层的感应电压降至最低，电能传输中的损耗降至最低，使电缆的载流量和安全操作都得到有效的保障。本发明使变频输出电源中的高次谐波得到最大限制的抑制，大量减少了电机及各传动部位的轴承电流，从而提高了电机及设备的使用寿命。
文档编号H01B9/02GK102568690SQ201110407500
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者姚秀艳, 赵飞, 鲁学 申请人:上海摩恩电气股份有限公司