源信變頻器應(yīng)用中漏電保護(hù)開關(guān)跳閘處理方案

前 言

有用戶反映，在變頻器輸入電路中配置漏電保護(hù)器的，但是送電后或運(yùn)行變頻時(shí)，漏電保護(hù)器經(jīng)常會(huì)跳脫，原因又找不到，許多人都認(rèn)為是變頻器品質(zhì)出了問題，其實(shí)這里面是有原因的，本文將根據(jù)源信變頻器的設(shè)計(jì)原理對(duì)此問題進(jìn)行深入分析，并且提出相應(yīng)的解決方案。

01

漏電保護(hù)開關(guān)的工作原理

如圖（一）所示，漏電保護(hù)開關(guān)檢測的是輸入共模電流，也就是所說的對(duì)地漏電流，檢測漏電流的電流互感器是同時(shí)穿過了R/S/T三根火線和零線，在沒有漏電流的情況下，不論接三相負(fù)載還是接單相負(fù)載，R/S/T和N線這4根線中流過的電流之和總是為零。當(dāng)負(fù)載側(cè)有對(duì)地短路現(xiàn)象或者對(duì)地有較大的電容時(shí)，輸出側(cè)的電流就會(huì)通過大地返回電網(wǎng)，此時(shí)流過電流互感器的電流之和不為零，這個(gè)電流就稱之為漏電流。當(dāng)檢測到的電流大到一定程度就會(huì)觸發(fā)保護(hù)開關(guān)脫扣。

圖（一）

02

使用變頻器對(duì)地漏電流的產(chǎn)生原因分析

在應(yīng)用中為何會(huì)產(chǎn)生較大的漏電流

普通電機(jī)的繞組和機(jī)殼之間存在著較大的分布電容，在電網(wǎng)供電的情況下，電源線上只有50Hz的工頻電壓，由于頻率很低，通過分布電容的漏電流很小。但在用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，由于變頻器輸出的是幾kHz的PWM(高頻脈寬調(diào)制）的電壓波形，輸出電壓是在0V到530V之間快速跳變的脈動(dòng)電壓，該脈動(dòng)電壓產(chǎn)生諧波，這些諧波對(duì)于同樣的電機(jī)同樣的分布電容，漏電流會(huì)增大百倍以上，因此容易發(fā)生一運(yùn)行變頻，漏電開關(guān)就跳閘現(xiàn)象。

源信變頻器輸入端安規(guī)電容的作用

輸入端安規(guī)電容的作用主要是減小變頻器內(nèi)部對(duì)外部電網(wǎng)的干擾影響，由于有幾組的電容保護(hù)，變頻器可以承受較大的來自電網(wǎng)的電壓突波，比如雷擊等，而不至于損壞；

由于變頻器中安規(guī)電容取值很小（4700PF），對(duì)于工頻的阻抗很大（1.4M），對(duì)漏電流的貢獻(xiàn)很小（每相約0.15mA ,且三相平衡時(shí)基波漏電流之和為零）。

但如果電網(wǎng)中的電壓諧波很高時(shí)，電網(wǎng)灌入變頻器的漏電流就會(huì)明顯加大，且三相不會(huì)抵消，漏電流的值與電壓諧波的頻率成正比，與諧波電壓的幅值成正比。因此容易發(fā)生漏電開關(guān)一合閘就會(huì)跳閘現(xiàn)象。

總結(jié)

上述漏電流可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50mA，而實(shí)際的具體數(shù)據(jù)，將與以下幾個(gè)因素有關(guān)：

   1、電機(jī)電纜線的長度；

   2、電機(jī)電纜線是否有屏蔽；

   3、變頻器的調(diào)制頻率；

   4、是否使用無線電射頻干擾（RFI）濾波器；

   5、電機(jī)是否接地。

03

減小漏電流的方法

載波頻率

載波頻率越高，漏電流越大，漏電流的有效值與頻率約為開方關(guān)系。

輸出頻率

在較高輸出頻率的情況下，漏電流與輸出頻率關(guān)系不大，但在零頻附近時(shí)，由于變頻器三相輸出的漏電流是疊加關(guān)系，漏電流的有效值會(huì)變大。

“零地合一”接線方式對(duì)漏電流的影響

所謂零地合一指的是將電網(wǎng)的零線當(dāng)作地線接到變頻器的PE端子，由于變頻器及負(fù)載對(duì)機(jī)殼的漏電流是通過零線返回電網(wǎng)的，而漏電保護(hù)開關(guān)檢測不到這部分漏電流，理論上講如果變頻器和電機(jī)負(fù)載的機(jī)殼均不接大地（主要是電機(jī)機(jī)殼），則漏電流可以為零，但實(shí)際上無法做到，只能改善減小漏電流。

輸出電抗器的作用

在變頻器U/V/W輸出端加電抗器,提高了負(fù)載的高頻阻抗，可以減小漏電流。

04

源信變頻器漏電保護(hù)的解決方案

變頻器一般情況不會(huì)使用漏電斷路器，一般采用接地、等電位等措施來解決漏電問題。但是，為了符合EN50178安全標(biāo)準(zhǔn)，必須保證變頻器可靠接地，接地線的導(dǎo)線截面積要為普通接地線的2倍或至少10平方毫米以上，以免造成人身傷害。

對(duì)于必須要加裝漏電保護(hù)要求的場合，建議采用符合IEC60755，或DIN VDE0664-100標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的B型漏電保護(hù)開關(guān)。該漏電保護(hù)開關(guān)充分考慮到了電磁兼容性變頻器的特點(diǎn)，很好地解決了具有三相整流裝置的電氣設(shè)備的漏電保護(hù)問題。

建議請采用完全電磁式，額定漏電動(dòng)作電流值為200mA以上，動(dòng)作延時(shí)0.4-1秒左右的漏電保護(hù)開關(guān)作變頻器的漏電保護(hù)。但不保證該漏電保護(hù)開關(guān)一定不會(huì)跳閘，如跳閘則調(diào)整變頻器載最低波頻率和延長漏電動(dòng)作時(shí)間。

變頻器操作輸出側(cè)的漏電流大約為工頻操作時(shí)的3倍多，外加電動(dòng)機(jī)等漏電流，選擇漏電保護(hù)器的動(dòng)作電流應(yīng)該大于工頻時(shí)漏電流的10倍。必須考慮下列各因素才能決定系統(tǒng)漏電電流之大小，并選定適當(dāng)?shù)穆╇姳Ｗo(hù)開關(guān)及必要措施來改善送電后漏電保護(hù)開關(guān)跳脫之現(xiàn)象。

一般漏電斷路開關(guān)之額定電流選擇計(jì)算公式

I△n ≧ 10×〔Ig1+Ign+3×(Ig2+Igm)〕

注：Ig1、Ig2：實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電纜線之漏電電流；

   Ign：變頻器輸入側(cè)噪聲濾波器之漏電電流；

   Igm：實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)之漏電電流。

由上述公式之相關(guān)變動(dòng)參數(shù)得知，會(huì)影響漏電電流大小之因素有：

1、電纜線的漏電電流(有二部分）。

        &  漏電斷路開關(guān)濾波器的電纜線長之漏電電流。

        &  變頻器、電機(jī)的電纜線長之漏電電流。

2、濾波器的漏電電流(包含變頻器在內(nèi))。

3、馬達(dá)的漏電電流。

各部分漏電電流值(單位：mA)

1、電纜線的漏電電流=A×(實(shí)際電纜線長/1000m);電纜廠商提供各線徑每1000m之漏電電流值A(chǔ)。

2、濾波器的漏電電流(包含變頻器在內(nèi))一由供應(yīng)廠商提供。有的濾波器其漏電電流最大值為75mA。

3、電機(jī)的漏電電流一電機(jī)供應(yīng)廠商提供。

設(shè)計(jì)舉例

使用變頻器的數(shù)控車床系統(tǒng)中，前端使用了漏電保護(hù)，但是經(jīng)常跳脫，分析如下：變 頻器功率5.5KW，漏電斷路器漏電電流75mA。以過去經(jīng)驗(yàn)來評(píng)估時(shí)，在一切正常的情況下其中因電纜線長及電機(jī)本體的漏電電流影響不大，主要影響因素有濾波器的漏電電流(含變頻器在內(nèi))及負(fù)載側(cè)是否依第3種接地(10Q以下)施工，故建議如下：

若電源側(cè)一定要裝漏電斷路開關(guān)，建議選擇200mA以上的感度電流且動(dòng)作時(shí)間為 0.1秒以上之漏電斷路關(guān)開，但不保證該漏電斷路關(guān)開一定不會(huì)跳脫，必須符合在 它對(duì)象(電纜線長及電機(jī))是正常的漏電流范圍內(nèi)及負(fù)載側(cè)是依第3種接地(10Q以下) 施工下才有效。