无PE之变频器漏电解决方案.pdf

变频器控制电机有漏电问题的分析及措施 以及对坏习惯客户的答对－－－布鲁托 一、 由来 近年来国家经济发展日益繁茂，浙江一带私企林立，家庭企业更是数不胜数。 操作机器的工人大多没有受过专业的技术培训，对电器只有最基本生产时的操作 认识。并没有对漏电安全产生足够的重视。 最典型的情况便是，接地 PE 基本处于悬空未接状态，或则达不到安规标明 的低阻抗数值。以至于保有一定触电事故的隐患。 配备的电工也存在所学片面，业务探究的不彻底，基本浮于事情表面现象。 对于更深层次的原因并不了解。古语云：做事，不怕不懂，就怕自以为都懂！害 人害已！ 二、 漏电问题产生的原因 过去我们使用的感应电机，简单的通过电闸挂接电网，虽说存在启动大电流冲 击，零件易老化的坏处。但也有一定的优点：驱动电机为正弦电压，无 PWM 调制，EMI 问题少，更不会发生因高频感生电压造成的漏电流问题。 而近年日渐普及的变频器，通过对整流出来的直流电进行 PWM 调制逆变 以产生正玄电流驱动电机。因为存在大dv/dt 通过电机线圈与机壳间的寄生电 容，使电能传导至机壳表面。此时如果电机之固定机台没有良好的接地线钳位， 则会使我们的操作机台（金属）带有一定电压。如果此时操作工人触碰，便会 通过人体传导到脚下流回大地，这便是触电。有的现场使用变频器控制电机时 出现的漏电问题，漏电电压有几十伏到二百伏电压不等。不可忽视。 下图所示为良好接地的电机驱动主回路拓扑。 漏电发生的原因前面已经说完了。这里说说无 PE 情况。即上图中 A、B、 电机接地端三处，连接到一起，但并不接地，而是悬空。也就是说无 PE 引入的情况下如何避免使用了变频器的驱动系统之机台带电。 首先，我们要知道机台带电，电从那里来。变频器输出的高 dv/dt 电压通过电机内部的寄生电容感应而来。 其次，电能不会消失，可以变为热能、变为辐射电波等。这些方式太 复杂且成本过高不予考虑。 最后，从那里来便回那里去。只需要通过几颗安规电容，高 dv/dt 下容抗较小，把感应出来的电压再导回电网中去。 详细接法请参考下图。 此处 PE 并非接入大地，而是与机台金属以及变频器 PE 相连。 经过实测，3.7KW 电机运行时，C1，C2，C3，C4，C5，配置为 33nf 即 可消除机台带电。 下面一篇文章为互联网搜索到的，做为补充，供参考。 根据变频器控制电机运行的功能框图（图 1），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(与 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。 二、漏电问题的解决方案