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變頻器控制電機側漏電形成原因和預防方法

時(shí)間:2024-06-11    作者:津信變頻    點(diǎn)擊:次
變頻器控制電機時(shí),電機側有時(shí)會(huì )出現漏電的情況,很多人不理解為什么會(huì )漏電,所以針對此問(wèn)題,本文將告訴你變頻器電機側漏電的原因,以及該如何解決這個(gè)問(wèn)題。

一、漏電問(wèn)題產(chǎn)生的原因

根據變頻器控制電機運行的功能圖(圖1),三相電源經(jīng)過(guò)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(guò)逆變橋輸出頻率、電壓可調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(dòng)機的三相定子線(xiàn)圈繞組里流過(guò),產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng),使電動(dòng)機的轉子在定子繞組旋轉磁場(chǎng)的作用下自動(dòng)旋轉起來(lái)。



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

二、漏電問(wèn)題的解決方案


為了避免這個(gè)問(wèn)題,變頻器硬件在設計的時(shí)候,就加入了感應電浪涌濾波器電路,并將感應浪涌濾波器的接地端與變頻器的外殼相連,同時(shí)在變頻器的配線(xiàn)說(shuō)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(dòng)機運轉產(chǎn)生的感應電流能夠通過(guò)電機與變頻器的接地線(xiàn)、變頻器與電源之間的接地線(xiàn)形成回路,使得電動(dòng)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(huì )有被電的感覺(jué)了。

如果電動(dòng)機的地線(xiàn)未能與變頻器的接地端連接在一起,電源的地線(xiàn)也沒(méi)有與變頻器的地、機械設備的外殼或者電的接地端接在一起的時(shí)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(dòng)機運轉產(chǎn)生的感應電壓為100V,電動(dòng)機又與機械設備的某部分機架在一起,因為電源的地線(xiàn)在配電房沒(méi)有拉過(guò)來(lái),而人體的電氣等效模型理論上可以等同于一個(gè)約2K歐姆的電阻(如果人體出汗、潮濕時(shí)電阻值更小,有時(shí)甚至只有幾十歐姆),那么人體站在大地上觸摸到與電動(dòng)機相連的設備金屬時(shí),電動(dòng)機的感應電(如100V)就能過(guò)人體向大地進(jìn)行放電,人體就會(huì )有電流流過(guò),產(chǎn)生被電的感覺(jué)。

雖然理論上電機外殼與機械設備的機架是連接的,而設備的機架又是裝在大地上的,按理說(shuō)人站在大地上觸摸到設備機架應該是不會(huì )被感應電觸電到的,但是別忘了大地雖然也是導體,但大地畢竟是有阻值的,而且根據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(huì )要求每個(gè)變電站變壓器的接地線(xiàn)、每個(gè)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(shí)就是這個(gè)道理。人與設備有距離就會(huì )有感應電壓,人體觸摸到設備時(shí)就會(huì )有電流流過(guò)人體,就會(huì )有被電的感覺(jué),只是感應電的大小,決定人被電的感覺(jué)大小也不一樣。

但是,有些工廠(chǎng)內部為了配線(xiàn)方便,高壓配電房里面的地線(xiàn)根本就沒(méi)有拉到生產(chǎn)車(chē)間里面,甚至錯誤的認為大地就是地線(xiàn)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(xiàn),那么我們日常生活中所有的電線(xiàn)又何必要拉N線(xiàn)和地線(xiàn)呢?發(fā)電站里面的N線(xiàn)其實(shí)與地線(xiàn)也是連接在一起的呀?我們不用拉地線(xiàn)和N線(xiàn)不是可以節約很多電纜、電線(xiàn)了嗎?為何要去做這種浪費人力、物力的工作呢?

那么,現實(shí)中工廠(chǎng)有時(shí)沒(méi)有拉電源地線(xiàn),這時(shí)發(fā)現電機在使用中有感應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、機械設備的機架與變頻器接地端連接在一起

圖片

當電機、變頻器、機械設備的地線(xiàn)連接在一起之后,使它們處于同等的電位,并且經(jīng)過(guò)變頻器內部的感應浪涌濾波器電路進(jìn)行吸收、泄放,使感應電壓大大減小,從而電動(dòng)機旋轉產(chǎn)生的感應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(huì )有被電的感覺(jué)。也就是說(shuō)沒(méi)有電源地線(xiàn)也沒(méi)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,這樣變頻器內部的感應電浪涌濾波器才會(huì )起到真正的作用。

方案二:一般情況下,通過(guò)方案一處理之后,電動(dòng)機旋轉產(chǎn)生的感應電壓已經(jīng)是很小了,已經(jīng)不至于會(huì )漏電電人的,但是由于某些特殊原因(如:電動(dòng)機絕緣不好、電器柜在裝電器時(shí)全部沒(méi)有接地等),感應電壓還是較高,還會(huì )有漏電電人的感覺(jué)時(shí),這時(shí)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(gè)感應電浪涌濾波器。

圖片
 

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

大量的實(shí)驗證明,通過(guò)方案二這種接法的現場(chǎng)整改,在沒(méi)有接電源的地線(xiàn)的應用場(chǎng)合下,都能將電動(dòng)機運轉產(chǎn)生的感應電壓減小到20V以下,確?,F場(chǎng)操作人員的安全,不會(huì )再有被漏電電人的感覺(jué)。但是,方案二中如果接有電源線(xiàn)的地線(xiàn),那么也就不用外接感應電浪涌濾波器都可以了。

另外,如果現場(chǎng)是有多臺變頻器控制電動(dòng)機運轉時(shí),且不方便安裝多個(gè)感應電浪涌濾波器的,并不一定是要求每臺變頻器都配一下感應電浪涌濾波器,也可以只接一 個(gè)或兩個(gè)感應電浪涌濾波器,并將濾波器的接地端與現場(chǎng)幾臺變頻器的接地端、現場(chǎng)電動(dòng)機的接地端、設備機架接在一起,如下圖。

圖片

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

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