在使用
变频器控制电机的操作现场中,可能会在某些情况下,会出现漏电问题,漏电电压从几十伏到200伏不等。针对这一问题,在此,从理论上分析这一故障的原因,解释如下。
根据变频器控制电机运行的功能框图(图1),三相电源经变频器整流桥整流后,通过电容滤波送到逆变桥(IGBT),再由逆变桥输出频率和电压可调的三相交流电,控制电机运行。三路互相差120度的交流电流经电机的三相定子线圈绕组,产生旋转磁场,使电机的转子在定子绕组旋转磁场的作用下自动旋转。
众所周知,电机的三相定子绕组通过电流后产生旋转磁场,根据电磁感应原理,电机的外壳会产生感应电动势。这个感应电动势的大小取决于逆变器IGBT的开关频率和C*DV/DT(与IGBT的开关速度有关);因为高性能控制需要更高的开关频率和更快的开关速度,所以DV/DT过大。如果这个感应电动势很大,人摸上去会有触电的感觉。理论上,IGBT的开关频率越高,电机外壳感应电动势(即感应电压)的有效值越高,变频器对电机的控制精度和动态响应越高,人体触摸后带电的感觉也越大。相反,IGBT的开关频率越低,电机外壳感应电动势的有效值(感应电压)越低,被从机触碰后带电的感觉越小。所以国产的一些低端变频器IGBT的开关频率设计的比较低。控制电机运行后,电机外壳感应电压低,但控制性能差,动态响应慢。我们公司变频器的性能和动态响应都很好,所以我们公司变频器IGBT的开关频率和开关速度更高,感应电动势也会相对更大。
由于异步电机运行时,电机外壳会有感应电压(所谓漏电),所以电机厂家在电机出厂时会在其接线盒内安装接地端子,方便用户接地以消除应用时的感应电动势(即消除感应漏电电压),解决人接触电机时带电的感觉。当然,因为工频的开关频率在50HZ左右,很低,所以几乎不会有漏电的感觉(除非电机绝缘很差)。而变频器由于其开关频率远高于运行频率,变频器在控制电机转动时,电机外壳会有漏电感。