功率增大对逆变器带来的高频漏电问题的解决办法

2019-01-11 14:23:23 来源:eeworld
标签:

 

前言

近年来,分布式逆变器持续火热,包括IGBT,SiC,GaN等核心材料的相对成熟,功率密度要求不断上升,逆变器的单机功率千瓦数也因此不断得以提高。占据市场主流的逆变器,功率已经从50~60KW过渡至70~80KW,单机功率上百千瓦的逆变器也已蓄势待发,随时准备走向市场。

 

单机功率的增大,对逆变器的整体设计变得十分严格。其中漏电检测就是非常核心的一块。它需要克服随功率增大而带来的:大量程、电磁干扰、不同的漏电模式等问题。这次来讨论其中之一的高频漏电

 

逆变器常见对地漏电的几种类型

【非隔离型PV系统对地漏电】

由于输出侧直接接地,如有人触碰到输出端任何一条线,都会导致电流通过人体和大地形成漏电回路。

 

图 1

 

图 2

 

【隔离型PV系统对地漏电】

而加入隔离型变压器之后,一次和二次端都没有直接连接大地。这时候触碰输出端,则不会形成有效的漏电回路。

 

图 3

 

图 4

 

【高频对地漏电】

而重点关注的高频漏电,不受输出端是否加有隔离变压的影响,始终存于系统回路中。

 

其产生的原理:由于逆变器在高频切换时,部分输出电流会经由EMI Y电容流经PV 组件对大地的寄生电容后,再流回逆变器,因此只要由EMI的Y电容或PV 组件的寄生电容越大,所产生的高频对地漏电流也越大,而逆变器的输出电流被影响的程度,也就越严重。

 

图 5

 

高频漏电的处理及保护与否?

(1)要了解逆变器中高频漏电是否需要保护,首先要知道漏电保护的目的是什么?

 

一般对漏电流的几种保护目的:

其一为对人体安全的保护,设定为短时间的突变,如30mA要在0.03S内完成报警保护。

 

其二为系统设备防止火灾的保护。通常保护阈值设定为300mA,设备功率较大的,阈值会随功率段的增大而增大。

 

其三为对直流6mA及以下漏电流的检测,其目的为检测对地绝缘阻抗值,通过检测对地电压的变化量来确认系统对地泄露电是否正常。

 

而高频容性漏电随着逆变器的运行实时存在,基础值较大,并且随工况的变化而缓慢变化,这显然不属于保护人体安全的突变漏电和绝缘检测。而从防火的角度来看,高频漏电更多是由时间很短的奇次谐波构成,其能量相对较弱,不足以引发火灾。且这些高次谐波可以通过硬件的方式将其去除掉。对高频容性漏电的定位存在一定争议。

 

图 6

 

既然对这些高频容性漏电的保护目的不是十分明确,那是否有类似的系统可供参考,他们又是怎么处理的?

 

矿井变频器在井下工作及漏电产生情况就与光伏逆变器类似。

 

图 7

 

矿井变频器由于其特殊的结构,早期经常会引起煤矿漏电保护系统做出误判,导致在正常的生产情况下,漏电保护系统向断路器发出错误的断电信号,对煤矿安全生产造成了严重的事故隐患。

 

加入变频器导致煤矿漏电保护系统误判的原因主要有以下2点:

 

①   变频器内部产生高次谐波引发漏电电流:

变频器整流过程中产生的矩形方波和逆变过程中经PWM调制形成的脉冲方波除了含有基波外都还含有高次谐波 ,这样输出线路中也就含有基波和高次谐波,由于井下电缆对地电容的存在,且电机机壳之间、绕组对地之间还有寄生电容,以及机器内部本身有Y电容。高次谐波会在电容上产生电流,即零序电流,从而使得煤矿漏电保护器系统误判,发出断电信号;

 

图 8

 

②   高频干扰:

变频器中的高频、高脉冲比常规信号还要高,监测点很难分辨这是干扰信号还是正常信号,这种情况下,系统很难保证检测值的可靠性,从而导致监控系统的误判动作。并且干扰导致的系统检测与实际保护目标点相比,既会出现偏高,也会出现偏低。对后端的保护,轻者,频繁保护影响系统的正常运行。重者,在该保护的情况不保护,对生产设备造成损坏,存在重大事故隐患。高频干扰总结为EMC电磁干扰的问题。

 

关于EMC与漏电流之间的关系,笔者会在后续的文章中说明。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
分立元件成就一切:如何简化48V至60V直流馈电三相逆变器设计

想象一下,您正在设计伺服、计算机数控(CNC)或机器人应用的下一个功率级。这种情况下,功率级是低压直流馈电三相逆变器,电压范围为12 VDC到60 VDC ,额定功率小于1 kW。该

闭环状态下逆变器的多管开路故障诊断方法

本文通过分析对比闭环控制的并网逆变器在正常与开路故障状态下的三相电流,提取出开路故障时的归一化三相电流平均值和平均绝对值,在此基础上提出一种基于相电流的多管开路故障诊断方法。通过实验验证,证明该方法能够快速实时对各种单个和双个IGBT开路故障进行准确定位。

探讨逆变器中高频漏电的处理

近年来,分布式逆变器持续火热,包括IGBT,SiC,GaN等核心材料的相对成熟,功率密度要求不断上升,逆变器的单机功率千瓦数也因此不断得以提高。占据市场主流的逆变器,功率已经从50~60KW过渡至70~80KW,单机功率上百千瓦的逆变器也已蓄势待发,随时准备走向市场。

为挑战能耗难题,Allegro Microsystems做出了哪些成绩?

不知不觉2018年已经走到了年底,一年匆匆而过,半导体产业又迎来了全新的变化。据WSTS预测,2018年全球半导体市场规模为4771.01亿美元,较2017年的4122.2亿美元增长15.7%,依然保持着高增长的态势,存储芯片、汽车电子成为主要增长动力。

浅析光伏逆变器的原理分析

光伏逆变器,其英文为PV inverter,是能够将光伏太阳能板锁产生的可变直流电压转换成为市电频率交流的逆变器,可以反馈回商用输电系统,或是供离网的电网使用。光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡(BOS)之一,可以配合一般交流供电的设备使用。

更多资讯
数字压力和高度传感器是怎样推动智能手机设备发展的?
数字压力和高度传感器是怎样推动智能手机设备发展的?

工采网提供了一款数字压力和高度传感器MS5637-30BA已针对气压测量系统进行优化,分辨率为0.5 mbar。传感器模块包含一个高线性压力传感器和一个带有内部工厂校准系数的超低功率24位ΔΣADC。

全球第一家支持高通无线快充认证机构诞生,无线快充市场前景广阔
全球第一家支持高通无线快充认证机构诞生,无线快充市场前景广阔

国际安全认证机构UL宣布,继监管高通Quick Charge的合规认证计划后,进一步加入无线充电以及 Qi 标准测试,成为无线充电联盟WPC (Wireless Power Consortium) 认可的测试实验室,也是全球唯一可支持高通最新无线快充解决方案的认证机构。

比锂电池更安全更稳定的镁电池研发成功,未来会电池的市场格局吗?

日前,英国伦敦大学学院和美国芝加哥大学的研究人员已经发现,镁铬氧化物微粒或许是研发一种新型镁电池的关键,这种电池将比传统的锂离子电池拥有更强的蓄电能力。

瑞萨电子发布业界领先的10A及15A全封装PMBus电源模块

全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)今日宣布,推出一组全封装混合数字DC/DC PMBus™电源模块:10A的ISL8280M与15A的ISL8282M,采用12mm x 11mm封装,提供业内领先的115mA/mm2电源密度,峰值效率高达95%。

电流检测技术综述

现如今,电流检测的技术在工业发展的推动下日臻完善。然而并不是传统的方案就不可取,在不同的应用环境下还是有一席用武之地。电流检测之后通常被用来执行测量“多大”电流和当电流“过大”时动作判断的两个基本功能。

电路方案