Отраженные волны, также известные как эффекты линии электропередачи или стоячие волны, представляют собой перенапряжения, которые могут повредить двигатель и кабель. Использование IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) в частотно-регулируемых приводах помогло улучшите производительность VFD несколькими способами. Во-первых, их быстрое время переключения (также называемое временем нарастания, или dV / dt) означает меньшие потери энергии, что обеспечивает меньшее охлаждение и меньшие габариты конструкции. IGBT также позволяют VFD использовать более высокую несущую частоту для подачи импульсов выходного напряжения на двигатель, что уменьшает слышимый шум двигателя и обеспечивает двигателю пониженные гармоники и меньший пиковый ток. Меньший пиковый ток позволяет двигателю работать холоднее и развивать больший ток, создающий крутящий момент, во всем диапазоне скоростей.

С другой стороны, IGBT выявили феномен отраженных волн. Также известные как эффекты линии электропередачи или стоячие волны, отраженные волны представляют собой перенапряжения, которые могут повредить изоляцию двигателя и кабели.

Большинство современных VFD работают с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при этом инвертор генерирует непрерывную последовательность импульсов, а не синусоидальные формы волн. Эти импульсы напряжения передаются на клеммы двигателя по кабелю двигателя. Индуктивность кабеля (коэффициент полного сопротивления) пропорциональна длине кабеля. Высокая индуктивность из-за большой длины кабеля увеличивает время, необходимое для зарядки емкости двигателя, что увеличивает количество энергии в кабелях.

Индуктивность — это сопротивление проводника изменению электрического тока, а емкость — это способность накапливать электрический заряд. Оба являются препятствующими механизмами и создают противодействие току при подаче напряжения. Совокупный импеданс, обусловленный индуктивностью и емкостью, известен как реактивное сопротивление.

Кроме того, когда импульсы напряжения достигают двигателя, они сталкиваются с другим (более высоким) сопротивлением, чем в кабеле, в результате чего импульсы отражаются обратно к приводу. При определенных условиях импульс от VFD может добавляться к импульсу, отраженному обратно от двигателя, что приводит к удвоению уровня напряжения. Чем больше длина кабеля (т.е. расстояние между двигателем и VFD), тем больше перенапряжение или отраженная волна.

Вместе с длиной кабеля время нарастания коммутационного устройства также влияет на отраженные волны и величину превышения напряжения. Если время включения переключающего устройства невелико, емкость двигателя успевает заряжаться и разряжаться синхронно с переключающим устройством. Но если время включения коммутационного устройства очень быстрое, напряжение, подаваемое на кабель, увеличивается, и накапливается больше энергии, что приводит к более высокому перенапряжению.

Проблема с отраженными волнами заключается в том, что скачки напряжения могут ионизировать воздух в воздушном зазоре между обмотками двигателя, а также воздух между изоляцией кабеля и оболочкой кабеля, вызывая частичный разряд, или корону. Точка, в которой эта ионизация вызывает образование дуги на обмотках двигателя (или на проводниках кабеля), известна как напряжение начала коронного разряда (CIV). При достижении максимальной мощности двигателя изоляция в обмотках двигателя может быть повреждена или даже выйти из строя. При достижении точки подключения кабеля может произойти короткое замыкание и кабель может быть необратимо поврежден.

Хотя отраженные волны могут возникать независимо от типа переключающего устройства — IGBT, GTO (выключение затвора) или BJT (транзистор с биполярным переходом) — способность IGBT к быстрому переключению (время нарастания) делает это явление более распространенным. Показательный пример: текущие IGBT имеют время включения всего 0,1 мс, в то время как BJT переключаются со скоростью 0,5-1,0 мс, а GTO переключаются со скоростью 15,0- 20,0 мс.

Повреждения, вызванные отраженными волнами, более распространены в приводах на базе IGBT напряжением 460 вольт и 575 вольт. Приводы, работающие от напряжения 230 вольт, редко повреждаются из-за превышения напряжения, поскольку амплитуда отраженных волн ниже, чем у мощности двигателя.

Наиболее эффективным способом предотвращения возникновения отраженных волн и перенапряжения является сокращение длины кабеля по сравнению с рекомендованной производителем максимальной. В случаях, когда уменьшение длины кабеля неосуществимо, существуют аппаратные решения, такие как выход реакторы, фильтры и ограничительные устройства, которые могут уменьшать или устранять отраженные волны, защищая двигатель и кабель от повреждений.