关于变频器应用中漏电保护开关跳闸问题分析.doc

关于变频器应用中漏电保护开关跳闸问题分析报告拟制：柏子平一 漏电保护开关的工作原理下图所示，漏电保护开关检测的是输入共模电流，也就是所说的对地漏电流，检测漏电流的电流互感器是同时穿过了R/S/T三根火线和零线，在没有漏电流的情况下，不论接三相负载还是接单相负载，R/S/T和N线这4根线中流过的电流之和总是为零。当负载侧有对地短路现象或者对地有较大的电容时，输出侧的电流就会通过大地返回电网，此时流过电流互感器的电流之和不为零，这个电流就称之为漏电流。当检测到的电流大到一定程度就会触发保护开关脱扣。二，对地漏电流的产生原因和电流通路分析1， 变频器应用中为什么会产生较大的漏电流普通电机的绕组和机壳之间存在着较大的分布电容，在电网供电的情况下，电源线上只有50Hz的工频电压，由于频率很低，通过分布电容的漏电流很小。但在用变频器驱动电机时，由于变频器输出的是几kHz的高频脉宽调制的电压波形，输出电压是在0V到530V之间快速跳变的脉动电压，对于同样的电机同样的分布电容，漏电流会增大百倍以上，这是由变频器的工作原理决定的。上图是实测的是输出零频时变频器输入端的漏电流波形，可以看出，主要成分是5kHz的开关频率。说明漏电流的主要是由于变频器输出的PWM波。2， 输入端安规电容的作用输入端安规电容的作用主要是减小变频器内部对外部电网的干扰影响，由于变频器中安规电容取值很小（2200P），对于工频的阻抗很大（1.4M），对漏电流的贡献很小（每相约0.15mA ,且三相平衡时基波漏电流之和为零）。但如果电网中的电压谐波很高时，电网灌入变频器的漏电流就会明显加大，且三相不会抵消，漏电流的值与电压谐波的频率成正比，与谐波电压的幅值成正比。3， 电机机壳接地的位置为了减小输入的漏电流，可以调整电机机壳的接地位置：将电机机壳的接地线接至变频器上的端子，如下图所示，按照这种接法，变频器内部的安规电容提供了负载侧漏电流的一个循环通路，可以减小电网侧的漏电流。但由于电机侧很难与大地隔离，这一措施对减小漏电流有改善，但效果有限（尤其是当电机距离变频器较远时，变频器与负载电机之间连接的PE线对高频的阻抗变大，以至于大于电机机壳接地阻抗）4，三，减小漏电流的方法1， 变频器工作状态对漏电流的影响：a) 载波频率：载波频率越高，漏电流越大，漏电流的有效值与频率约为开方关系。b) 输出频率：在较高输出频率的情况下，漏电流与输出频率关系不大，但在零频附近时，由于变频器三相输出的漏电流是叠加关系，漏电流的有效值会变大。c) 变频器的发波方式：由于五段发波时，每一相的输出电压有1/3左右时间是没有开关动作的，因此同样条件下七段发波方式比五段发波方式产生的漏电流大；HC变频器低频输出时默认采用的是七段发波方式，因此漏电流低频比高频大；矢量控制方式下采用的是七段发波，因此矢量控制方式的漏电流大于V/F方式。 2， 接线方式对漏电流的影响a) 零地合一为什么可以减小漏电保护开关的漏电流：所谓零地合一指的是将电网的零线当作地线接到变频器的PE端子，如下图所示，由于变频器及负载对机壳的漏电流是通过零线返回电网的，而漏电保护开关检测不到这部分漏电流，理论上讲如果变频器和电机负载的机壳均不接大地（主要是电机机壳），则漏电流可以为零，但实际上无法做到。因此只能改善减小漏电流b) 取消变频器输入安规电容为什么对漏电流减小有好处：对于理想电网，安规电容对漏电流的影响非常小，但由于电网电压谐波的影响，尤其是在多台变频器同时工作时，电网电压谐波会比较大，造成安规电容上的漏电流变大。当无法避免电机机壳通过机架接地时，取消安规电容会有一定的好处。c) 输出电抗器的作用：在变频