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变频器控制电机漏电故障原因分析

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变频器控制电机漏电故障原因分析

发布日期:2017-10-10 作者: 点击:

变频器控制电机漏电故障原因分析


有的现场使用变频器控制电机时,电机会出现漏电问题。漏电电压有几十伏到200伏不等,在这里针对此故障的原因进行理论的分析和说明。


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  漏电问题产生的原因


  据变频器控制电机运行的功能框图(如下图所示),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。


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  我们都知道电动机的三相定子绕组流过电流产生旋转磁场,根据磁电感应的原理,电动机的外壳就会产生感应电动势,此电动势的大小就取决于变频器IGBT的开关频率的大小。


  由于高性能的控制要求高的开关频率,其开关速度很快,则DV/DT偏大,同时这个感应电动势就偏大,人触摸上就有电击的感觉。理论上IGBT的开关速度越快,电机外壳上的感应电动势就越高,而变频器对电机的控制精度和响应就越高,人触摸之后被电的感觉就越高,反之,IGBT的开关频率慢,感应电就小,人触摸的感觉就小,所以国内的低端变频器设计的开关频率偏低,控制电机后感应电小,人摸上没啥感觉,但其控制性较差,动态响应较慢。


  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。


  漏电问题的解决方案


  为了避免这个问题的发生,在硬件设计的时候,就加入了感应电浪涌滤波器电路(如下图所示),并将浪涌滤波器的接地端于变频器的外壳相连,同时在变频器的配线说明中,要求将电机的接地端同变频器的接地B相连,将输入电源的地(大地)同变频器的接地A相连,从而使电机的感应电通过电机与变频器的接地和变频器与电源的接地线形成回路,使电机的地变频器的地和电源的地在同一电位上,他们之间的电位差是为0伏电压,这样人站在大地上面接触到电机的外壳、设备的机架、变频器的外壳就不会有被电的感觉了。


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  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,电动机又与机械设备的某部分机架在一起,因为电源的地线在配电房没有拉过来,而人体的电气等效模型理论上可以等同于一个约2K欧姆的电阻(如果人体出汗、潮湿时电阻值更小,有时甚至只有几十欧姆),人体站在大地上触摸到与电动机相连的设备金属时,电动机的感应电(如100V)就能过人体向大地进行放电,那么人体就会有电流流过,就会有被电的感觉。


  虽然,理论上电机外壳与机械设备的机架是连接的,而设备的机架又是装在大地上的,按理说人站在大地上触摸到设备机架应该是不会被感应电触电到的,但是,别忘了大地虽然也是属于导体,但大地毕竟是有阻值的,而且根据不同的土地的土壤成份,阻值也大小不一。否则,为什么国家供电局会要求每个变电站变压器的接地线、每个公司配电房的接地电阻要求小于4欧姆?为什么如果变电站或者高压配电房的接地电阻不小于4欧姆就不给审批,不允许用电?其实就是这个道理。人与设备有距离就会有感应电压,人体触摸到设备时就会有电流流过人体,就会有被电的感觉,只是感应电的大小,决定人被电的感觉大小也不一样。


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