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EM0810AA3-05驅動器渠道商介紹為什么驅動器的PE端要和變壓器中性點有可靠連接:
1. 問題的提出
在設備安裝接線時一般會將驅動器的PE端(或者說驅動器的外殼)和PE線連接起來,但卻很少有人注意這個PE端是否和變壓器的中性點可靠地連接起來了。為什么驅動器的PE一定要和變壓器中性點有可靠的連接呢?以下從兩個方面作出解釋。
2. 穩定相電壓
以三相AC400V低壓配電為例,車間的供電電源一般是來自于一個10KV/0.4KV的降壓變壓器,在變壓器室內,變壓器的中性點有良好的接地體深埋入地下,被鉗制在大地上,保證是0電位,對于三相交流電路,說相電壓必須有一個基準,這個基準就是中性點。以此為基準的抑制和平衡,三根相線才會形成穩定的120度夾角,彼此之間的線電壓才是AC400V,相電壓為AC230V。
如果驅動的PE端沒有連接到中性點,而僅在負載附近埋入地下,那么由于不同接地點之間可能存在電位差VPE,則在驅動器這里的基準就不一定是0電位(如圖2所示),而可能是漂浮不穩定的,容易出現某一相對驅動器PE端的高電壓或者低電壓。低電壓可能造成驅動器無法工作,而這個電壓一旦過高,超過了驅動器的例如絕緣等設計要求,就會損壞驅動器或者其附件。
此問題其實就是一個相電壓的基點問題,相電壓是相對中性點而言的,只有PE和中性點是等電位,說相電壓的穩定才有意義,否則相電壓就是不穩定的。
3. 承載返回電流,滿足EMC要求
根據基爾霍夫電流定律,閉合電路中任何節點上的所有電流的代數和等于0。基爾霍夫電流定律實際上是電荷守恒定律,即流過電路的電荷決不會產生和消失,必然要返回電路的起點。三根相線L1/L2/L3共用PE線構成閉合電流回路,所以PE線上必然存在著返回變壓器中性點的返回電流,在三相負載不平衡時這種電流會更為明顯。
從驅動器角度看,現代驅動器普遍采用交—直—交的變頻原理,整流器開始工作后直流母線電容一直在進行充放電,同時在逆變器的PWM原理控制作用下,由于電機以及電機動力電纜也具有電容效應,也在進行著充放電。兩者的電容疊加效應必然要在驅動系統中產生較大的共模電流(如圖3所示)。
整流器被變壓器反復充電,形成了一種共模電流,而動力電纜和電機被逆變器反復充電也構成了一種共模電流。逆變器產生的共模電流通過動力電纜的屏蔽層,PE線和驅動裝置的外殼回到了逆變器,構成電流回路。而整流器產生的共模電流則必須要通過PE線回到變壓器中性點構成電流回路。在三相四線制中,因為這種共模電流肯定要流經PEN線,因此變頻驅動的進線是不能安裝漏電保護器的,否則漏電保護器會頻繁地切斷進線導致設備無法工作,也由此可見這種共模電流是比較大的。
共模返回電流和三相進線不平衡導致的返回電流形成疊加效應,最終都要返回到中性點去。而為了保證設備的EMC性能,返回電流的返回通路是一定不能被忽視的。
如果承載返回電流的PE不能和中性點有可靠的連接,而電流仍要想方設法回到電源M端才行,返回電流仍然存在,此時返回電流就會自動尋找阻抗最小的返回通路,返回通路就變成了其它各種不可預測、不可控制的回路,如通過土壤大地回流,或者通過其它各種不規矩的導體回流。但是這種返回通路的阻抗是極不穩定的,例如土壤的電阻率在潮濕和干燥條件下差異很大,并且共模返回電流具有高頻特性,不規矩的各種導體對高頻信號的阻抗也是不穩定的,因此這種返回通路并不穩定可靠(如圖4所示)。
EMC問題的根源在于對電場和磁場的阻抗控制,設備中電路間傾向于互相干擾,一旦返回電流通路不暢通,阻抗不穩定,則會在設備中間帶來非常多的EMC問題,例如控制器的死機,傳感器編碼器信號紊亂,通訊的中斷等等,而且往往沒有明顯的規律可循。
輸入進線一般都會被仔細考慮,但返回電流常常被忽視,即“只重視進不重視回”!這其實是很多EMC問題的根源。
如果我們要盡可能地提高設備的EMC性能,就必須掌控好返回電流的通路狀況,使其通路的阻抗最小。所以,為了獲得可靠的、低阻抗的電流返回通路,PE必須和中性點有足夠截面積的導線連接,那么這種返回通路是基本可預測和可控的。
資訊來源:汕頭羅克自動化
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