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名廠分享:教你如何消除工業(yè)漏地電流改善EMC

發(fā)布時(shí)間:2015-11-04 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】在基于轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,系統(tǒng)各部件會(huì)引起漏地電流,這些漏地電流的 聚積可引發(fā)RCD跳閘脫扣。鑒于此,TDK集團(tuán)最近推出了一款全新的解決方 案,該方案使用了 LeaXield EMC附加模塊,不僅可減少漏地電流,還能 顯著改善系統(tǒng)的EMC性能。
 
在工業(yè)安裝及樓宇管理應(yīng)用中,不同的任務(wù)需使用不同的變速驅(qū)動(dòng)器。原則上,這些驅(qū)動(dòng)都是由3相電網(wǎng)供電。一個(gè)完整 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括EMC輸入濾波器、變頻器和電機(jī)。然而,一個(gè)同樣重要但在考慮系統(tǒng)時(shí)卻經(jīng)常被忽視的元件是轉(zhuǎn)換器和 電機(jī)之間的屏蔽電纜,其長(zhǎng)度通常超過200 m。為了安全起見,該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過漏電保護(hù)器(RCD) 接入電網(wǎng)。
 
在基于轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)中,一個(gè)重要的問題是工作中由寄生電容耦合引起的漏地電流。這些電流不僅依賴于系統(tǒng)拓?fù)洌€ 取決于開關(guān)轉(zhuǎn)換率、頻率和幅度。在不利條件下,系統(tǒng)引起的總漏電流可能超過RCD脫扣閥值(圖1)。
RCD故障
圖1:RCD故障
 
在不利條件下,所有漏地電流的聚合可大到引發(fā)RCD跳閘脫扣。如果電機(jī)電纜過長(zhǎng), 甚至?xí)?jīng)常發(fā)生脫扣故障。
 
比如,頻率小于100 Hz時(shí),標(biāo)準(zhǔn)RCD的故障閾值為30 mA;頻率超過1000 Hz時(shí),該故障閾值增加至300 mA。一旦電機(jī) 電纜過長(zhǎng),可致使產(chǎn)生的漏地電流超過300 mA閾值(圖2),在工業(yè)化工廠中,意外停機(jī)將會(huì)導(dǎo)致非常高昂的生產(chǎn)停工 成本。
漏地電流的頻率和幅值
圖2:漏地電流的頻率和幅值
 
頻率大于1000 Hz時(shí),長(zhǎng)電機(jī)電纜會(huì)引起很高的漏地電流,從而導(dǎo)致RCD跳閘脫扣。
迄今為止,有兩種方式可阻止由過高的漏地電流引起的RCD跳閘脫扣: 擴(kuò)展EMC過濾
 
通過使用更大(通常是超大尺寸)的濾波器可降低漏地電流,特別是高頻漏電流,比如,可組合引用更有效的EMC 輸入濾波器和額外的輸出濾波器。當(dāng)然這樣做的成本也更大,并且改裝更大、額外的濾波器時(shí)必然需要更大空間等問題。
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使用具有更高閾值的RCD
 
該方法具有一定的風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)檫^高的漏地電流會(huì)導(dǎo)致超過50V AC的最大允許接觸電壓。此外,還有損壞系統(tǒng)元件的風(fēng)險(xiǎn)。因此,以上兩種方式都不能令人滿意,其效果也明顯遜色于使用LeaXield的解決方案。
 
LeaXield為消除漏地電流設(shè)置了標(biāo)桿
 
LeaXield 模塊正是為消除漏地電流而專門開發(fā),該模塊連接在RCD和EMC輸入濾波器之間。
LeaXield的電路圖
圖3:LeaXield的電路圖
 
放大器饋入電流至每相中,其相位角偏移至初始漏地電流的相位角180°。放大器的電源單元 (PSU) 直接從3相 電網(wǎng)中 獲取,因 此無需額外電源。
 
LeaXield的功能原理如圖3所示。電流變壓器位于負(fù)載側(cè),即位于EMC濾波器的連接處。這樣可檢測(cè)3相電流,并決定來 自對(duì)應(yīng)相位差的漏地電流。該信息被饋至放大器,放大器再通過電容網(wǎng)絡(luò)將這些電流饋至3相,其相位角偏移至初始漏地 電流的相位角180°,幅度和初始漏地電流的幅度相同。這樣便消除了初始漏地電流(圖4)。LeaXield可補(bǔ)償高達(dá)1000 mA的漏地電流。
使用LeaXield消除漏地電流
圖4:使用LeaXield消除漏地電流
 
明顯改善:使用LeaXield(右),過大漏電流幾乎可被完全消除(左),因而有效防止了RCD跳閘脫扣。

顯著改善EMC
 
使用LeaXield來降低共模電流還有一個(gè)積極的作用:對(duì)于傳導(dǎo)EMC(根據(jù)相關(guān)規(guī)則,被定義工作于150KHz~30MHz)來講,頻率在150KHz~500KHz時(shí),能夠得到非常明顯的改善。在典型測(cè)試條件下,LeaXield可將基于轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的EMC性能從C2類提高至C1類(符合EN 61800-3)。
 
頻率低于150 kHz時(shí),使用LeaXield極其有效:頻率為4 kHz時(shí),衰減高達(dá)30 dB;頻率為10 kHz時(shí),衰減高達(dá)40 dB;頻 率為150 kHz時(shí),衰減可達(dá)15 dB。對(duì)于新安裝應(yīng)用,這個(gè)優(yōu)勢(shì)極其有用,因?yàn)長(zhǎng)eaXield的額外干擾抑制功能允許使用更 經(jīng)濟(jì)的EMC濾波器。LeaXield尺寸極其緊湊,僅為258 mm x 80 mm x 100 mm,是設(shè)備改裝應(yīng)用的理想之選??奢p松安裝到現(xiàn)有系統(tǒng)中,就 像安裝一顆EMC濾波器一樣簡(jiǎn)單。
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