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
德州仪器通过联锁栅极驱动器来提高三相逆变器的鲁棒性

变频驱动器(VFD)是工业自动化机械的重要组成部分。它们能够高效地驱动泵、风扇、传送带、计算机数控机床和机器人自动化解决方案,有助于降低工厂的总能耗。

随机PWM可降低噪声并减少三相逆变器应用中的辐射

在功率电子中,根据特定应用,已经成功地采用了几种脉冲宽度调制(PWM)方案。大多数传统PWM方案(本质上是确定性的)生成预定的谐波含量。

【技术分享】一文读懂什么是IGBT的死区时间及其作用

在现代工业中,采用IGBT器件的电压源逆变器应用越来越多。为了保证可靠的运行,应当避免桥臂直通。桥臂直通将产生不必要的额外损耗,甚至引起发热失控,结果可能导致器件和整个逆变器被损坏。

薄膜电容器--坚固耐用的 3 相滤波电容器

TDK 公司(东京证券交易所代码:6762)推出适合滤波器应用的全新 B3237*系列爱普科斯(EPCOS) MKD 3 相滤波电容器。新系列电容器内部采用 3 相连接,额定电压范围为 250 VRMS到 850 VRMS,共分 10 级,电容值范围为 3 x 10 µF 到 3 x 400 µF,最大载流能力为 60A,具体视型号而定。

富昌电子发布EV Inverter 电机驱动整套方案

全球领先的电子元器件分销商富昌电子(Future Electronics)今日发布符合功能安全基础的电动汽车逆变器(EV Inverter)电机驱动整套方案。

更多资讯
无线充电开始普及,实现方案简介

近年来,越来越多的智能手机开始配备无线充电功能,比如iPhone Xs、三星S9、小米MIX 3和华为MATE20等等,众多小伙伴们对这个功能已经不陌生了。本文给大家介绍四种无线充电方式。

应对贸易战,康舒启动台湾淡水厂扩产计划并将扩充菲律宾工厂

新金宝集团旗下电源供应器厂康舒表示,为应对贸易战及公司转型需求,将启动台湾淡水厂扩产计划。

瀛通通讯回复问询函:产品结构影响净利润

公司整体毛利率水平从30.46%下降至25.25%的主要原因是:声学零件的毛利率和收入水平下降,耳机产品、数据线及其他毛利率水平较低的产品收入增长较大,降低了公司整体的毛利率水平。

无源RC滤波器原理及应用
无源RC滤波器原理及应用

作为一个电子硬件方面的工作者,怎么能不认识滤波器呢?那么到底什么是滤波?分享一篇科普文~了解一下电阻 - 电容(RC)低通滤波器是什么以及在何处使用它们能让你更好的掌握高端的电路设计实战。本文将介绍了滤波的概念,并详细说明了电阻 - 电容(RC)低通滤波器的用途和特性。

作为数字电源市场新人,ST 究竟有何魅力才会取得如此成就?

数字电源因为具有高集成度、更快的瞬时响应等优势,被物联网等众多领域市场看好。基于此,数字电源的使用正在快速增长。由此,也带动了数字电源主控产品的发展,引得众多MCU厂商投身于此。ST于5年前进入数字电源主控市场,作为这个市场的新人,ST用什么赢得市场的青睐?