2015 三月

EMC元件

消除漏地电流并显著改善EMC

在基于转换器的驱动系统中,系统各部件会引起漏地电流,这些漏地电流的聚积可引发RCD跳闸脱扣。鉴于此,TDK集团最近推出了一款全新的解决方案,该方案使用了 LeaXield™ EMC附加模块,不仅可减少漏地电流,还能显著改善系统的EMC性能。

在工业安装及楼宇管理应用中,不同的任务需使用不同的变速驱动器。原则上,这些驱动都是由3相电网供电。一个完整的驱动系统包括EMC输入滤波器、变频器和电机。然而,一个同样重要但在考虑系统时却经常被忽视的元件是转换器和电机之间的屏蔽电缆,其长度通常超过200 m。为了安全起见,该驱动系统通过漏电保护器(RCD) 接入电网。

在基于转换器的驱动中,一个重要的问题是工作中由寄生电容耦合引起的漏地电流。这些电流不仅依赖于系统拓扑,还取决于开关转换率、频率和幅度。在不利条件下,系统引起的总漏电流可能超过RCD脱扣阀值(图1)。

图1:RCD故障

在不利条件下,所有漏地电流的聚合可大到引发RCD跳闸脱扣。如果电机电缆过长, 甚至会经常发生脱扣故障。

比如,频率小于100 Hz时,标准RCD的故障阈值为30 mA;频率超过1000 Hz时,该故障阈值增加至300 mA。一旦电机电缆过长,可致使产生的漏地电流超过300 mA阈值(图2),在工业化工厂中,意外停机将会导致非常高昂的生产停工成本。

图2:漏地电流的频率和幅值

频率大于1000 Hz时,长电机电缆会引起很高的漏地电流,从而导致RCD跳闸脱扣。

迄今为止,有两种方式可阻止由过高的漏地电流引起的RCD跳闸脱扣:

  • 扩展EMC过滤
    通过使用更大(通常是超大尺寸)的滤波器可降低漏地电流,特别是高频漏电流,比如,可组合引用更有效的EMC输入滤波器和额外的输出滤波器。当然这样做的成本也更大,并且改装更大、额外的滤波器时必然需要更大空间等问题。
  • 使用具有更高阈值的RCD
    该方法具有一定的风险,因为过高的漏地电流会导致超过50V AC的最大允许接触电压。此外,还有损坏系统元件的风险。

因此,以上两种方式都不能令人满意,其效果也明显逊色于使用LeaXield的解决方案。

LeaXield为消除漏地电流设置了标杆

LeaXield 模块正是为消除漏地电流而专门开发,该模块连接在RCD和EMC输入滤波器之间。

图3:LeaXield的电路图

放大器馈入电流至每相中,其相位角偏移至初始漏地电流的相位角180°。放大器的电源单元 (PSU) 直接从3相 电网中 获取,因此无需额外电源。

LeaXield的功能原理如图3所示。电流变压器位于负载侧,即位于EMC滤波器的连接处。这样可检测3相电流,并决定来自对应相位差的漏地电流。该信息被馈至放大器,放大器再通过电容网络将这些电流馈至3相,其相位角偏移至初始漏地电流的相位角180°,幅度和初始漏地电流的幅度相同。这样便消除了初始漏地电流(图4)。LeaXield可补偿高达1000 mA的漏地电流。

4:使用LeaXield消除漏地电流

明显改善:使用LeaXield(右),过大漏电流几乎可被完全消除(左),因而有效防止了RCD跳闸脱扣。

显著改善EMC

使用LeaXield来降低共模电流还有一个积极的作用:对于传导EMC(根据相关规则,被定义工作于150KHz~30MHz)来讲,频率在150KHz~500KHz时,能够得到非常明显的改善。在典型测试条件下,LeaXield可将基于转换器系统的EMC性能从C2类提高至C1类(符合EN 61800-3)。

频率低于150 kHz时,使用LeaXield极其有效:频率为4 kHz时,衰减高达30 dB;频率为10 kHz时,衰减高达40 dB;频率为150 kHz时,衰减可达15 dB。对于新安装应用,这个优势极其有用,因为LeaXield的额外干扰抑制功能允许使用更经济的EMC滤波器。

LeaXield尺寸极其紧凑,仅为258 mm x 80 mm x 100 mm,是设备改装应用的理想之选。可轻松安装到现有系统中,就像安装一颗EMC滤波器一样简单。

表:LeaXield的关键参数
线电压最高达 520 V AC
最大负载电流150 A
频率50/60 Hz
最大漏地电流补偿1000 mA
最大共模衰减40 dB (10 kHz)
尺寸258 mm x 80 mm x 100 mm

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