教你如何消除工业漏地电流改善EMC

ByElmer1

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。
' b5 z2 ~: P( }6 r# I+ L! j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。

　　

　　图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。

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Balata

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