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变频器频繁出现漏电保护开关跳闸的处理方案

前 言


有部分客户反馈到,将漏电保护器配置于变频器(Variable-frequency Drive、以下简称VFD)的输入电路中时,会在启动或运行VFD时经常出现跳闸,客户在多次检查后均为找到故障成因,因此很多人就认为是VFD有问题,但事实上,这并不是问题的关键所在,为此本文将根据源试验的设计原则分析此问题,并提出相应的解决方案。

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一、漏电保护开关的工作原理


漏电保护开关检测到输入共模电流,即对地漏电流,由漏电流检测到的电流互感器同时通过R / S / T三重火线和零线,无论多个三相负载如何 或单相载荷。 在R / S / T和N导线的4行中流动的电流之和始终为零。 当负载侧具有短路现象或在地面上有大电容时,输出侧的电流将通过地球返回到网格。 此时,电流变压器的总和不为零,称为漏电流。 当检测到的电流在一定程度上过大时,就会触发保护开关跳闸。

“三科变频器”

二、使用VFD对地漏电流的产生原因分析


在应用中为何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VFD驱动电机时,由于VFD输出的是几kHz的PWM(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,该脉动电压产生谐波,这些谐波对于同样的电机同样的分布电容,漏电流会增大百倍以上,因此容易发生一运行变频,漏电开关就跳闸现象。


VFD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VFD内部对外部电网的干扰影响,由于有几组的电容保护,VFD可以承受较大的来自电网的电压突波,比如雷击等,而不至于损坏;


由于VFD中安规电容取值很小(4700PF),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VFD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。因此容易发生漏电开关一合闸就会跳闸现象。


总结


上述漏电流可能会远远大于50mA,而实际的具体数据,将与以下几个因素有关:

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1、电机电缆线的长度;


2、电机电缆线是否有屏蔽;


3、VFD的调制频率;


4、是否使用无线电射频干扰(RFI)滤波器;


5、电机是否接地。


三、减小漏电流的方法


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。


输出频率:当输出频率很高时,漏电流不大,但是当零频率相邻时,VFD三相输出的漏电流是叠加关系,并且漏电流的有效值变大。


“零地合一”接线方式对漏电流的影响

所谓的零是指网格的PE端子作为VFD,由于壳体的漏电流通过零线返回到网格,但漏电保护开关理论上没有检测到这种部分漏电流,理论上,如果VFD和 电动机负载壳体未连接(主要是电机外壳),漏电流是可以为零的,但这只是理论上的,从现实角度来分析的话漏电流是无法达到零的。


输出电抗器的作用:在VFDU/V/W输出端加电抗器,提高了负载的高频阻抗,可以减小漏电流。


四、三科VFD漏电保护的解决方案

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VFD通常不使用泄漏,通常使用诸如接地,等电位等的措施来解决泄漏问题。 然而,为了满足EN50178安全标准,有必要确保VFD可靠地接地,地线的电线横截面积为2或高于正常地,以避免人身伤害。
对于必须应用于泄漏保护要求的情况,建议使用符合IEC60755或DINVDE0664-100标准的B型漏电保护开关。 漏电保护开关充分考虑了电磁兼容性VFD的特点,这是良好解决了三相整流器电气设备的漏电保护问题。
建议使用总电磁,额定漏电流值200 mA,漏电保护开关的作用约为0.4-1秒是VFD的漏电保护。 然而,漏电保护开关不跳闸,例如跳闸,调整VFD最小波浪并延长泄漏动作时间。
VFD操作输出上的漏电流大于3次,并且存在漏电流,如外部电机,当功率频率时,漏电保护装置的选择应大于漏电流的10倍。 必须考虑以下因素来确定系统漏电流的尺寸,并选择适当的漏电保护开关,并改善电力传输后泄漏保护现象。


一般漏电断路开关之额定电流选择计算公式


I△n ≧ 10×〔Ig1+Ign+3×(Ig2+Igm)〕


注:Ig1、Ig2:实际运转时电缆线之漏电电流;


Ign:VFD输入侧噪声滤波器之漏电电流;


Igm:实际运转时电机之漏电电流。


由上述公式之相关变动参数得知,会影响漏电电流大小之因素有:


1、电缆线的漏电电流(有二部分)。


& 漏电断路开关滤波器的电缆线长之漏电电流。


& VFD、电机的电缆线长之漏电电流。


2、滤波器的漏电电流(包含VFD在内)。


3、电机的漏电电流。


各部分漏电电流值(单位:mA)


1、电缆线的漏电电流=A×(实际电缆线长/1000m);电缆厂商提供各线径每1000m之漏电电流值A。


2、滤波器的漏电电流(包含VFD在内)一由供应厂商提供。有的滤波器其漏电电流最大值为75mA。


3、电机的漏电电流数值一电机供应厂商提供。


设计举例


使用VFD的数控车床系统中,前端使用了漏电保护,但是经常跳脱,分析如下:一台VFD的功率5.5KW,漏电断路器漏电电流75mA。以过去经验来评估时,在一切正常的情况下其中因电缆线长及电机本体的漏电电流影响不大,主要影响因素有滤波器的漏电电流(含VFD在内)及负载侧是否依第3种接地(10Q以下)施工,故建议如下:


如果必须在变频器的电源侧安装漏电保护开关,建议选择200 mA或更高,操作时间为0.1秒或更长,但不保证漏电电路已关闭,必须跳转,并且必须打开 它(电缆长度和电动机))在正常漏电流范围内是正常的,并且负载侧在第三种地面(10Q或更小)的结构中有效。

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