变速驱动器中的漏电保护装置技术说明;交流变速驱动器 (VSD)会产生对地漏电流,这些电流基本上是无害的,但有时可能会高到足以导致 RCD(漏电设备、漏电断路器等)跳闸。下面我们来看看漏电电流的原因以及可能的补救措施。
简单的电气设备(例如电机和加热器)在交流电源电路和接地 (PE) 连接之间没有连接。接地连接的目的是在电源电路与导电结构发生短路时确保设备安全。正常使用时,由于电源电路对接地结构的寄生电容和电阻漏电流较小,会产生极小的漏电流流向大地。该电流在几微安的范围内,没有明显的影响。
大多数电子设备都有一些无线电干扰过滤功能,这通常需要在电源线和地之间安装电容器。这会导致漏电流通过电容器流向地面。对于单相电源,可以根据欧姆定律和电源频率下电容器的电抗轻松计算漏电流。
限制漏电流以确保安全
对于具有接地连接的电气设备(称为“1 类设备”),并设计为插入电源插座,其设计必须按照安全标准的规定,将泄漏电流保持在3.5 mA 以下。这个想法是,即使地线断裂并且人接触未接地的设备,3.5 mA 的电流也不会伤害他们(尽管他们可能会感觉到并觉得不舒服)。在安全测试中,测量的实际上是“接触电流”,它是使用模拟人体阻抗和频率响应的电路来测量的。实际上,漏电流和接触电流通常非常相似。
如果设备永久安装有足够坚固的固定接地连接,以避免意外断开或损坏,则此限制不适用。因此,Control Techniques 变频器配备了一个可容纳 10 mm2 地线的 PE 端子或两个可容纳两根较小地线的端子。
漏电保护器 (RCD)
RCD是一种保护装置,可安装在建筑物的电路中,如果检测到泄漏电流过大,就会跳闸以切断电源。它通过测量所有电源相中的总电流(单相为 L+N,三相为 L1+L2+L3+N)来实现这一点,理想情况下该电流应为零 – 即所有电流都应在电源线中循环,而不是在电源线中流动。流向地球。
下面的图 1 显示了单相设备的布置。最常见的跳闸设置为 30 mA,该级别足够低以防止对人造成伤害,但又足够高以避免频繁的令人讨厌的跳闸。安装 RCD 的原因有很多,最常见的是在触电风险较高的地方使用便携式设备 - 例如,锋利的电动工具可能会损坏其自身的电缆或潮湿区域。
为什么 VSD 很特别?
VSD包含一个逆变器,它使用输出电压和 PWM 的快速切换来合成电机所需的电流波形。大多数现代电力电子设备都使用类似的快速开关功率器件,为了避免发射射频干扰(电气“噪声”),必须配备无线电干扰滤波器。
VSD 很不寻常,因为开关输出并不包含在装置内,而是通过可能长达数米的电机电缆到达电机。这意味着对地存在很高的杂散电容,会驱动高射频电流,并且需要特别强大的滤波器来防止有害辐射进入主电源。滤波器需要具有异常高的对地电容值才能有效,尤其是在电机电缆较长的情况下。大多数为Control Techniques 驱动器提供的滤波器都设计用于最长 100m 的电机电缆。
图 2 显示了带有输入滤波器的 VSD 的漏电流路径。在电源频率为 50/60 Hz 时,电容器本身会产生一定的漏电流。此外,还有高频电流流入电机和电缆的杂散电容。电容器对于高频具有低阻抗,并且它们会转移高频电流,因此很少有电流流入电源。这就是它们作为干扰滤波器组件的功能。作为这种有用效果的回报,它们会产生一些 50/60 Hz 泄漏,但由于频率较低,它比转移的高频电流小得多。
VSD 漏电流的实际影响
最常见的驱动系统使用安装在机柜中的多个驱动器和其他电气设备,并永久连接到主电源,无需插头和插座,具有永久固定接地连接。在这种情况下,几毫安到几十毫安范围内的典型漏电流并不重要。
较高频率的影响可能很难预测。如果太高,会对其他设备造成干扰,这就是安装滤波电容的原因。它们还可能导致 RCD 运行。简单的 RCD 对电源频率以外的频率没有明确的敏感度。理想情况下,它们的频率响应与人体的频率响应非常相似,因为它们的目的是保护人类免受电击。恰好 50/60 Hz 左右的频率对人类来说是最危险的。
较高的频率往往会在身体表面流动,不会对神经系统产生太大影响。如果极端的话,它们可能会导致皮肤烧伤,但引起致命的心室颤动的可能性要小得多。有一些有时被称为“超级免疫”的高级 RCD,它们确实具有精心定制的频率响应。使用 VSD 系统,他们不太可能造成滋扰行程。
您不应低估这些较高频率的影响。我们遇到过在没有过滤器的情况下 RCD 发生误跳闸的情况。添加过滤器解决了这个问题。在主电源和地之间连接电容器实际上可以减少对地漏电流,这是违反直觉的,但它确实可能发生。转移较高频率的好处远远超过了额外电源频率接地泄漏的成本。
VSD 漏电流的实际影响
漏电流最常见的问题是 RCD 的意外操作。
在这种情况下,第一个问题是,是否真的需要RCD?有时安装 RCD 是因为它们被认为具有额外的安全性,但实际情况并不合理。干燥环境中永久连接的驱动系统在所有合理可预见的故障条件下都是安全的,并且不需要 RCD。
如果安装 RCD 是因为接地回路阻抗太高而无法保证初级保护的运行(例如,使用 TT 接地系统),则通常不需要使用 30 mA RCD。通常,1A RCD 可以提供足够的接地故障保护,并且最不可能遭受驱动系统的误操作。
对于小型简单机器,更可能使用可插拔电源连接,通常电机靠近驱动器。从前面的解释可以看出,这样可以减小滤波电容,既能达到足够的滤波效果,又能减少漏地。Control Techniques 驱动器可以断开内部滤波电容器以应对这种情况。
如果无线电噪声发射也必须保持在最低限度,那么对于较小的驱动器,可以使用外部滤波器的特殊低泄漏变体。现在您将了解到,这种特殊过滤器对电机电缆的允许长度有限制,这对于小型简单机器来说不会成为限制因素。
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