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电机配变频器出现漏电的原因解析



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电机配变频器出现漏电的原因解析


熟悉变频器的人都知道,变频器输出是以PWM(脉宽调制,类似高速开关)方式控制,因此会发生高频率的漏电电流,若要在变频器一次侧加装一般漏电断路开关时,建议请以每台变频器选择200mA以上的感度电流且动作时间为0.1秒以上的漏电断路关开使用,但不保证该漏电断路关开一定不会跳脱,必须考虑下列各因素才能决定系统漏电电流之大小,并选定适当的漏电断路开关及必要措施来改善送电后漏电断路器跳脱之现象。
 

首先,变频器、前级供电变压器、电动机三个传动设备的PE点一定要连在一起后,再统一去接地。这是在相关规范中反复强调过的。

变频器是高频方波电压输出,由于在电机内部线圈与电机外壳之间有等效电容存在,从而产生泄漏电流。如果不接地或接地不良,就会有漏电现象。

一般漏电断路开关之额定电流选择计算公式如下:

In 10*Ig1+Ign+3*(Ig2+Igm)

Ig1Ig2:商业运转时电缆线之漏电电流。

Ign:变频器输入侧噪声滤波器之漏电电流。

Igm:商业运转时马达之漏电电流。

由上述公式之相关变动参数得知,会影响漏电电流大小之因素有:

 (1)电缆线的漏电电流(有二部分)

•漏电断路开关滤波器的电缆线长之漏电电流。

•变频器马达的电缆线长之漏电电流。

 (2)滤波器的漏电电流 (包含变频器在内)

 (3)马达的漏电电流。


各部分漏电电流值(单位:mA)

(1)电缆线的漏电电流=A*(实际电缆线长/1000m);电缆厂商提供各线径每1000m之漏电电流值A

 (2)滤波器的漏电电流 (包含变频器在内)——变频器供应厂商提供。

(3)马达的漏电电流——马达供应厂商提供。

有的现场使用变频器控制电机,会出现漏电问题,漏电电压有几十伏到二百伏电压不等。针对这个问题,在这里特对此故障产生的原因进行理论的分析和说明如下。

根据变频器控制电机运行的功能框图,三相电源经过变频器整流桥整流之后,经电容滤波送到逆变桥(IGBT),再经过逆变桥输出频率、电压可调的三 相交流电去控制电机的运行。三相互差120度的交流电在电动机的三相定子线圈绕组里流过,产生旋转磁场,使电动机的转子在定子绕组旋转磁场的作用下自动旋转起来。
 

我们都知道,电动机的三相定子绕组流过电流之后产生了旋转磁场,而根据电磁感应的原理,电动机的外壳就会产生感应电动势。此感应电动势的大小,就取决于变频器IGBT的开关频率的大小和C*DV/DT(IGBT的开关的速度有关);由于高性能的控制要求较高的开关频率,其开关速度要求较快,则DV/DT 偏大。如果这个感应电动势较大,那么人触摸到就会感觉被电击一样。

理论上IGBT的开关频率越高,电机外壳的感应电动势的有效值(即感应电压)就越高,而变频器对电机的控制精度和动态响应也就越高,人体触摸之后被电的感觉就越大;反之,IGBT的开关频率越低,电机外壳的感应动势的有效值(感应电压)就越 低,而从体触摸到之后被电的感觉就越小。

所以,某些国产低端的变频器IGBT的开关频率设计得较低,控制电机运行之后,电机外壳的感应电压较低,但其控制性能较差、动态响应较慢。我司变频器的性能和动态响应都较好,因而我司变频器IGBT的开关频率和开关速度都较高,感应电动势相对也就会大些。

由于异步电动机运转,电机外壳都会有感应电压(即所谓的漏电),所以,电机制造厂才会在电动机出厂的时候,在其接线盒里面安上接地端子,方便用户在应用时 连接大地以消除其感应电动势(即消除感应漏电电压),以解决人体接触电动机时被电的感觉。

当然,因为工频运行电机时,工频的开关频率约为50HZ,很低, 所以一般情况下几乎不会有漏电的感觉(除非电机绝缘很差)。而变频器控制时,由于其开关频率都比工频频率高得多,所以变频器在控制电动机转动时,电机外壳就会有漏电的感觉。


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