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變頻器控制電機側(cè)漏電形成原因和預(yù)防方法

時間:2024-06-11    作者:津信變頻    點擊:次
變頻器控制電機時,電機側(cè)有時會出現(xiàn)漏電的情況,很多人不理解為什么會漏電,所以針對此問題,本文將告訴你變頻器電機側(cè)漏電的原因,以及該如何解決這個問題。

一、漏電問題產(chǎn)生的原因

根據(jù)變頻器控制電機運行的功能圖(圖1),三相電源經(jīng)過變頻器整流橋整流之后,經(jīng)電容濾波送到逆變橋(IGBT),再經(jīng)過逆變橋輸出頻率、電壓可調(diào)的三相交流電去控制電機的運行。三相互差120度的交流電在電動機的三相定子線圈繞組里流過,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,使電動機的轉(zhuǎn)子在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用下自動旋轉(zhuǎn)起來。



我們都知道,電動機的三相定子繞組流過電流之后產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場,而根據(jù)電磁感應(yīng)原理,電動機的外殼會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。此感應(yīng)電動勢的大小,取決于變頻器IGBT的開關(guān)頻率的大小和C*DV/DT(與IGBT的開關(guān)的速度有關(guān))。由于高性能的控制要求較高的開關(guān)頻率,則DV/DT 偏大,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,人觸摸到時就會感覺被電擊。理論上IGBT的開關(guān)頻率越高,電機外殼的感應(yīng)電動勢的有效值(即感應(yīng)電壓)就越高,人體觸摸之后被電的感覺就越大,反之,IGBT的開關(guān)頻率越低,電機外殼的感應(yīng)動勢的有效值(感應(yīng)電壓)就越低,人體觸摸到之后被電的感覺就越小。
 
由于異步電動機運轉(zhuǎn)時,電機外殼都會有感應(yīng)電壓,(即所謂的漏電),所以電機制造廠才會在電動機出廠的時候,在其接線盒里面安上接地端子,方便用戶在應(yīng)用時連接大地,以消除其感應(yīng)電動勢(即消除感應(yīng)漏電電壓),以解決人體接觸電動機時被電的感覺。當然,因為工頻運行電機時,工頻的開關(guān)頻率很低,約為50HZ,所以一般情況下幾乎不會有電的感覺(除非電機絕緣很差)。而變頻器控制時,由于其開關(guān)頻率都比工頻頻率高得多,所以變頻器在控制電動機轉(zhuǎn)動時,電機外殼就會有漏電的感覺。

二、漏電問題的解決方案


為了避免這個問題,變頻器硬件在設(shè)計的時候,就加入了感應(yīng)電浪涌濾波器電路,并將感應(yīng)浪涌濾波器的接地端與變頻器的外殼相連,同時在變頻器的配線說明中,要求將電機的接地端與變頻器的接地端子B相連、將輸入電源的地(即大地)與變頻器的接地端子A相連。

這樣就使得電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電流能夠通過電機與變頻器的接地線、變頻器與電源之間的接地線形成回路,使得電動機的地、變頻器的地與電源的地都處于等電位上,它們之間的電位差為0伏。因此,人站在大地上面接觸到電機的外殼、變頻器的外殼就都不會有被電的感覺了。

如果電動機的地線未能與變頻器的接地端連接在一起,電源的地線也沒有與變頻器的地、機械設(shè)備的外殼或者電的接地端接在一起的時候,電機的外殼、變頻器的外殼、電源的地就不是處于同等電位了。假如在這種情況下,電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為100V,電動機又與機械設(shè)備的某部分機架在一起,因為電源的地線在配電房沒有拉過來,而人體的電氣等效模型理論上可以等同于一個約2K歐姆的電阻(如果人體出汗、潮濕時電阻值更小,有時甚至只有幾十歐姆),那么人體站在大地上觸摸到與電動機相連的設(shè)備金屬時,電動機的感應(yīng)電(如100V)就能過人體向大地進行放電,人體就會有電流流過,產(chǎn)生被電的感覺。

雖然理論上電機外殼與機械設(shè)備的機架是連接的,而設(shè)備的機架又是裝在大地上的,按理說人站在大地上觸摸到設(shè)備機架應(yīng)該是不會被感應(yīng)電觸電到的,但是別忘了大地雖然也是導(dǎo)體,但大地畢竟是有阻值的,而且根據(jù)不同的土地的土壤成份,阻值也大小不一。否則,為什么國家會要求每個變電站變壓器的接地線、每個公司配電房的接地電阻要求小于4歐姆?為什么如果變電站或者高壓配電房的接地電阻不小于4歐姆就不給審批,不允許用電?其實就是這個道理。人與設(shè)備有距離就會有感應(yīng)電壓,人體觸摸到設(shè)備時就會有電流流過人體,就會有被電的感覺,只是感應(yīng)電的大小,決定人被電的感覺大小也不一樣。

但是,有些工廠內(nèi)部為了配線方便,高壓配電房里面的地線根本就沒有拉到生產(chǎn)車間里面,甚至錯誤的認為大地就是地線了,這種想法就是錯誤的。我們不妨想想,如果大地可以當作地線,那么我們?nèi)粘I钪兴械碾娋€又何必要拉N線和地線呢?發(fā)電站里面的N線其實與地線也是連接在一起的呀?我們不用拉地線和N線不是可以節(jié)約很多電纜、電線了嗎?為何要去做這種浪費人力、物力的工作呢?

那么,現(xiàn)實中工廠有時沒有拉電源地線,這時發(fā)現(xiàn)電機在使用中有感應(yīng)漏電的情況該怎么辦?在此,我們提出兩種方案如下

方案一:將電機外殼的接地端、機械設(shè)備的機架與變頻器接地端連接在一起

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當電機、變頻器、機械設(shè)備的地線連接在一起之后,使它們處于同等的電位,并且經(jīng)過變頻器內(nèi)部的感應(yīng)浪涌濾波器電路進行吸收、泄放,使感應(yīng)電壓大大減小,從而電動機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電相對于電源的地的電壓也大大減小,不至于使人觸摸之后會有被電的感覺。也就是說沒有電源地線也沒有關(guān)系,只要將電機的地、變頻器的地和機架連接在一起就好了,這樣變頻器內(nèi)部的感應(yīng)電浪涌濾波器才會起到真正的作用。

方案二:一般情況下,通過方案一處理之后,電動機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓已經(jīng)是很小了,已經(jīng)不至于會漏電電人的,但是由于某些特殊原因(如:電動機絕緣不好、電器柜在裝電器時全部沒有接地等),感應(yīng)電壓還是較高,還會有漏電電人的感覺時,這時可以采用方案二。即在方案一的前提下,再在變頻器輸入電源端增加一個感應(yīng)電浪涌濾波器。

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即將感應(yīng)電浪涌濾波器的地與電動機的地、變頻器的地接在一起(如圖中的紅色線所示),讓感應(yīng)電浪涌濾波器再一次對電機的感應(yīng)電進行吸收和泄放,進一步減小感應(yīng)電壓,達到防止漏電電人的目前的。增加的感應(yīng)電浪涌濾波器的電路原理與變頻器內(nèi)部的浪涌濾波電路是一樣的,是由于體積太大,沒法設(shè)計安裝在變頻器內(nèi)部電路里面,因此做成外接方式。

大量的實驗證明,通過方案二這種接法的現(xiàn)場整改,在沒有接電源的地線的應(yīng)用場合下,都能將電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓減小到20V以下,確?,F(xiàn)場操作人員的安全,不會再有被漏電電人的感覺。但是,方案二中如果接有電源線的地線,那么也就不用外接感應(yīng)電浪涌濾波器都可以了。

另外,如果現(xiàn)場是有多臺變頻器控制電動機運轉(zhuǎn)時,且不方便安裝多個感應(yīng)電浪涌濾波器的,并不一定是要求每臺變頻器都配一下感應(yīng)電浪涌濾波器,也可以只接一 個或兩個感應(yīng)電浪涌濾波器,并將濾波器的接地端與現(xiàn)場幾臺變頻器的接地端、現(xiàn)場電動機的接地端、設(shè)備機架接在一起,如下圖。

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由于每臺變頻器內(nèi)部都有感應(yīng)電浪涌濾波器電路,如果電機的接地線沒有接回到變頻器的接地端子去的話,感應(yīng)電浪涌濾波器也就不起作用了,所以現(xiàn)場應(yīng)用中電動機的接地端一定要與變頻器的接地端接到一起。

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