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变频器漏电问题产生的原因和解决方案


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(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。
变频器漏电问题的解决方案
为了避免这个问题的发生,变频器硬件在设计的时候,就加入了感应电浪涌滤波器电路(其等效电路如图1所示),并将感应浪涌滤波器的接地端与变频器的外壳相连,同时在变频器的配线说明中,要求将电机的接地端与变频器的接地端子B相连、将输入电源的地(即大地)与变频器的接地端子A相连。
从而使得电动机运转产生的感应电流能够通过电机与变频器的接地线、变频器与电源之间的接地线形成回路,使得电动机的地、变频器的地与电源的地(即大地)都处于同等的电位上,它们之间的电位差为0伏电压。这样,人体站在大地上面(也是电源的地)接触到旋转的电动的外壳、机械设备的机架(一般设备的机架是与大地连接在一起的)、变频器的外壳就都不会有被电的感觉了,因为它们之间的电位差(电压差)为0伏,人体也就没法感觉出来是否有电了。
当电动机的地线未能与变频器的接地端连接在一起,而电源的地线也没有与变频器的地、机械设备的外壳或者电的接地端接在一起的时候,电机的外壳、变频器的外壳、电源的地(即大地)就不是处于同等电位了。假如在这种情况下,电动机运转产生的感应电压为100V,电动机又与机