源信变频器应用中漏电保护开关跳闸处理方案

前 言

有用户反映，在变频器输入电路中配置漏电保护器的，但是送电后或运行变频时，漏电保护器经常会跳脱，原因又找不到，许多人都认为是变频器品质出了问题，其实这里面是有原因的，本文将根据源信变频器的设计原理对此问题进行深入分析，并且提出相应的解决方案。

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漏电保护开关的工作原理

如图（一）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。

图（一）

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使用变频器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。但在用变频器驱动电机时，由于变频器输出的是几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。

源信变频器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，由于有几组的电容保护，变频器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；

由于变频器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。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：

   1、电机电缆线的长度；

   2、电机电缆线是否有屏蔽；

   3、变频器的调制频率；

   4、是否使用无线电射频干扰（RFI）滤波器；

   5、电机是否接地。

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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

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。

“零地合一”接线方式对漏电流的影响

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，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，只能改善减小漏电流。

输出电抗器的作用

在变频器U/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。

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源信变频器漏电保护的解决方案

变频器一般情况不会使用漏电断路器，一般采用接地、等电位等措施来解决漏电问题。但是，为了符合EN50178安全标准，必须保证变频器可靠接地，接地线的导线截面积要为普通接地线的2倍或至少10平方毫米以上，以免造成人身伤害。

对于必须要加装漏电保护要求的场合，建议采用符合IEC60755，或DIN VDE0664-100标准所规定的B型漏电保护开关。该漏电保护开关充分考虑到了电磁兼容性变频器的特点，很好地解决了具有三相整流装置的电气设备的漏电保护问题。

建议请采用完全电磁式，额定漏电动作电流值为200mA以上，动作延时0.4-1秒左右的漏电保护开关作变频器的漏电保护。但不保证该漏电保护开关一定不会跳闸，如跳闸则调整变频器载最低波频率和延长漏电动作时间。

变频器操作输出侧的漏电流大约为工频操作时的3倍多，外加电动机等漏电流，选择漏电保护器的动作电流应该大于工频时漏电流的10倍。必须考虑下列各因素才能决定系统漏电电流之大小，并选定适当的漏电保护开关及必要措施来改善送电后漏电保护开关跳脱之现象。

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：变频器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。

        &  变频器、电机的电缆线长之漏电电流。

2、滤波器的漏电电流(包含变频器在内)。

3、马达的漏电电流。

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(包含变频器在内)一由供应厂商提供。有的滤波器其漏电电流最大值为75mA。

3、电机的漏电电流一电机供应厂商提供。

设计举例

使用变频器的数控车床系统中，前端使用了漏电保护，但是经常跳脱，分析如下：变 频器功率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(含变频器在内)及负载侧是否依第3种接地(10Q以下)施工，故建议如下：

若电源侧一定要装漏电断路开关，建议选择200mA以上的感度电流且动作时间为 0.1秒以上之漏电断路关开，但不保证该漏电断路关开一定不会跳脱，必须符合在 它对象(电缆线长及电机)是正常的漏电流范围内及负载侧是依第3种接地(10Q以下) 施工下才有效。