امواج بازتابی، همچنین به نام اثرات خط انتقال یا امواج ایستایی شناخته می‌شوند، که از ولتاژ‌های اضافی ایجاد می‌شوند و می‌توانند به موتور و کابل آسیب بزنند. استفاده از IGBTها (ترانزیستورهای دوقطبی دروازه‌ای با عایق) در مبدل‌های فرکانس متغیر به بهبود عملکرد آن‌ها در چندین جهت کمک کرده است. ابتدا، زمان سوئیچینگ سریع آن‌ها (همچنین به عنوان زمان بلند شدن یا dV/dt نیز شناخته میشود) به معنای کاهش از دست رفتن انرژی است، که به کاهش نیاز به خنک کردن و طراحی‌های کوچکتر اجازه می‌دهد. همچنین، IGBTها به مبدل فرکانس متغیر این امکان را می‌دهند که از یک فرکانس حامل بالاتر برای ارسال پالس‌های ولتاژ خروجی به موتور استفاده کند، که باعث کاهش صدای موتور و ارائه هارمونیک کمتر و جریان اوج پایین‌تر میشود. جریان اوج پایین‌تر به موتور امکان می‌دهد تا به طور خنثی‌تر عمل کرده و در طول دامنه سرعت جریان تولیدی با توان بیشتری ارائه دهد.
از سوی دیگر، IGBT ها پدیده امواج بازتابی را به نمایش کشیده‌اند. همچنین به نام اثرات خط انتقال یا امواج ایستایی شناخته می‌شوند، این امواج بازتابی ولتاژ‌های اضافی هستند که می‌توانند به عایق موتور و کابل‌ها آسیب بزنند.
علت‌های امواج بازتابی
بیشتر مبدل‌های فرکانس متغیر امروزی از طریق مدولاسیون پهنای پالس (PWM) عمل می‌کنند، به این ترتیب که اینورتر یک سری پالس پیوسته تولید می‌کند( به جای موج‌های مثلثی یا سینوسی). این پالس‌های ولتاژ به ترمینال‌های موتور از طریق کابل موتور منتقل می‌شوند. هندسی مغزه کابل (که یک عامل از مقاومت فراوانی است) با طول کابل رابطه مستقیم دارد. مغزه بالا، ناشی از طول بلند کابل، میزان زمان لازم برای شارژ کاهش خازن موتور را افزایش می‌دهد، که مقدار انرژی در کابل‌ها را افزایش می‌دهد.
اندازه‌گیری مغناطیسی مقاومتی است که راه تغییر در جریان الکتریکی را به عنوان مقاومت فراوانی نشان می‌دهد، و خازنیته توانایی ذخیره یک شارژ الکتریکی است. هر دو مکانیسم مزاحمتی هستند و مقاومتی در برابر جریان ایجاد می‌کنند زمانی که ولتاژ اعمال میشود. مقاومت گردشی ایجاد شده توسط اندازه‌گیری مغناطیسی و خازنیته به عنوان مخالفت به جریان، به عنوان گیرنده شناخته میشود.
به علاوه، زمانی که پالس‌های ولتاژ به موتور می‌رسند، با مقاومت متفاوت (بالاتر) نسبت به کابل مواجه می‌شوند که باعث بازتاب پالس‌ها به سمت مبدل میشود. در شرایط خاص، یک پالس از VFD می‌تواند با یک پالس بازتابی از موتور ادغام شود، که منجر به دو برابر شدن سطح ولتاژ میشود. هر چه طول کابل بیشتر باشد (به عبارت دیگر، فاصله بین موتور و VFD بیشتر باشد)، ولتاژ اضافی یا امواج بازتابی بیشتر خواهد بود.
همراه با طول کابل، زمان بلند شدن دستگاه سوئیچینگ نیز تأثیری بر امواج بازتابی و مقدار ولتاژ بیش از حد دارد. اگر زمان روشن شدن دستگاه سوئیچینگ کند باشد، خازن موتور زمان دارد که با سوئیچینگ هماهنگ شده شارژ و دشارژ شود. اما اگر زمان روشن شدن دستگاه سوئیچینگ بسیار سریع باشد، ولتاژ اعمال شده به کابل افزایش می‌یابد و بیشتر انرژی ذخیره میشود که به افزایش ولتاژ اضافی منجر میشود.
تأثیرات امواج بازتابی
مشکل امواج بازتابی این است که افزایش ولتاژ می‌تواند باعث یونیزه شدن هوا در فاصله هوا بین لوله‌های موتور و همچنین هوا بین عایق کابل و پوشش کابل شود، که باعث تخلیه جزئی یا کورونا میشود. نقطه‌ای که این یونیزه‌سازی باعث قوس زدن در لوله‌های موتور (یا در میان رسانندگان کابل) میشود، به عنوان ولتاژ شروع کرونا (CIV) شناخته میشود. زمانی که به CIV موتور می‌رسد، عایق لوله‌های موتور ممکن است خراب شده یا حتی شکست خورده باشد. زمانی که به CIV کابل می‌رسد، ممکن است یک شورت اتفاق بیفتد و کابل به طور دائمی خراب شود.
این نمودار نشان‌دهنده رابطه بین زمان بلند شدن ولتاژ (dv/dt) از پالس‌های مربعی PWM، افزایش‌های مضاعف بازتابی و ولتاژ شروع کرونا (CIV) است.
اگرچه امواج بازتابی ممکن است بدون توجه به نوع دستگاه سوئیچینگ (مانند IGBT، GTO (gate turn off) یا BJT (bipolar junction transistor)) رخ دهند، اما توانایی سوئیچینگ سریع (زمان بلند شدن) IGBT ها، این پدیده را رونق بیشتری می‌دهد. به عنوان مثال: IGBTهای فعلی زمان روشن شدنی سریع تا 0.1 میلی‌ثانیه دارند، در حالی که BJTها در بازه 0.5 تا 1.0 میلی‌ثانیه و GTOها در بازه 15.0 تا 20.0 میلی‌ثانیه سوئیچ می‌شوند.
آسیب ناشی از امواج بازتابی به علت مبدل‌های مبتنی بر IGBT با ولتاژ 460 ولت و 575 ولت رواج بیشتری دارد. مبدل‌هایی که با ولتاژ 230 ولت عمل می‌کنند، به ندرت به علت برانگیختگی ولتاژ آسیب می‌بینند چرا که امواج بازتابی دارای ارتفاعات کمتر از ولتاژ شروع کورونا موتور هستند.
روش موثرترین برای جلوگیری از وقوع امواج بازتابی و ولتاژ اضافی، این است که طول کابل را کوتاه‌تر از حداکثر توصیه شده توسط تولید کننده نگه دارید. در مواردی که کاهش طول کابل ممکن نیست، راهکارهای سخت‌افزاری مانند چاه‌اندازها، فیلترها و دستگاه‌های ترمیناتور وجود دارند که می‌توانند امواج بازتابی را کاهش یا حتی از بین ببرند و از آسیب به موتور و کابل جلوگیری کنند.