大幅降低漏地电流并提高工厂可用性

在变速驱动器中的个别元件会产生漏电流，而这些漏电流的累加会导致RCD设备跳闸。为此，TDK推出了爱普科斯 (EPCOS)LeaXield™有源漏电流滤波器。这种新颖的解决方案可显著降低漏电流，让用户能有效利用RCD设备并提高工厂的可用性。

变速驱动器常用于在工业装置中执行各种任务，通常由三相电网供电。LeaXield有源漏电流滤波器的潜在应用包括机床、泵、压缩机、输送系统等设备中常见的变速驱动器以及其它可插拔设备。

一个完整的驱动系统包括EMC输入滤波器、变频器和电机。这类驱动系统中容易被忽视但同样重要的部件是变频器与电机之间的屏蔽电缆，其长度通常可超过200 m。出于安全考虑，驱动系统通常采用RCD设备连接到电网。

图 1:

多数情况下，漏地电流的总和非常大，会导致RCD设备意外跳闸。

运行期间产生的漏电流是变速驱动器面临的一个重要问题，特别是变频器产生的漏电流。这些漏电流的大小取决于干扰抑制电容器、对地寄生电容、B6整流电路的、以及功率半导体元件的开关频率等。在许多情况下，漏电流的总和会超过RCD的跳闸阈值（图1）。

图 2:

在各频率下的漏电流（红色）与RCD设备跳闸阈值（蓝色）的比较。在2.7 kHz时（可变泄漏电流），漏电流超过跳闸阈值；在150 Hz时（稳定漏电流），漏电流同样超过跳闸阈值。其结果是RCD设备发生意外跳闸。

例如，用于变速驱动器的标准RCD，对于频率范围在100 Hz以下的电流具有30 mA的跳闸阈值，当频率大于100 Hz时，跳闸阈值将显着上升。图2显示了典型RCD跳闸阈值，当频率大于1 kHz时，跳闸阈值约为300 mA。变频器开关频率引起的可变漏电流可能会超过300 mA跳闸阈值。图2所示，当开关频率为2.7 kHz时就是这种情况。另外，B6整流电路在为100 Hz和1 kHz之间的较低频率时也会产生稳定的漏电流，且此时跳闸阈值非常低。如图2所示，当整流频率为150 Hz时，漏地电流大约等于90 mA，这必然导致RCD设备跳闸。最后，还存在瞬时漏电流问题，例如在线路电压在被接通或断开瞬间。

在这些漏电流的共同影响下，系统会发生意外停机，从而导致昂贵的工厂停工。

目前为止，还没有一个全面的解决方案能应对产生漏电流的各种原因。有些解决方案尝试改变系统中对地总电容的大小来解决这个问题，例通过关闭变频器中的滤波电容器可以减小150Hz频率下的漏电流。然而，这种做法很多情况难以保证系统的电磁兼容性。另外，减小EMC滤波器中Y电容器的电容值尽管能降低50Hz频率下的漏电流，但时钟频率漏电流的比例将会增加。

虽然使用隔离变压器是一种可行的技术解决方案，但受制于成本和安装空间，有时这种解决方案不可行。不使用RCD设备的替代方案也完全不可接受，因为这种方案存在安全风险，会导致严重的潜在危险和事故。总之，上述各种方案在技术和经济性方面都不能令人满意。

LeaXield树立了降低漏电流的新标杆

爱普科斯 (EPCOS) LeaXield有源漏电流滤波器专为补偿漏电流而开发，直接安装在RCD设备与EMC电源滤波器之间的电路中。

LeaXield有源漏电流滤波器的电路图如图3所示。为测量三相电路中的剩余电流，LeaXield中集成了一个电流传感器。通过运算放大器，产生一个具有相同幅值的，相位相差180°相移电流，并通过电容耦合到各相电路中。

图 3:

相位相差180°相移电流通过电容耦合至各相线路。通过由此构建的电流吸收器，漏电流被反馈到系统中。通过可选的接触器接口，LeaXield模块可在漏电流流过之前做好准备。

图 4:

使用LeaXield有源漏电流滤波器后，未经滤波的漏电流（红色）被显著降低（绿色），并且远低于RCD设备的跳闸阈值，可有效防止RCD设备意外跳闸。

通过由此构建的电流吸收器，漏电流会被反馈到系统中，从而能防止漏电流流过RCD并导致意外跳闸。

LeaXield可补偿高达1 A的漏地电流，且适用于150 Hz至30 kHz的宽频率范围。在图4中，我们将100Hz至10kHz频率范围内的未滤波漏电流（红色）与经过爱普科斯 (EPCOS) LeaXield滤波的漏电流（绿色）进行了比较。显然，后者远低于RCD设备跳闸阈值，能有效防止RCD设备意外跳闸。

LeaXield尺寸紧凑，仅为270 mm x 60 mm x 119 mm，是改造现有系统的理想选择。此外，LeaXield无需外部电源供电，安装成本极低。

总之，LeaXield有源漏电流滤波器首次为补偿宽频率范围内的漏电流提供了一种紧凑且经济高效的解决方案，能有效改善RCD设备效用并提高工厂可用性。

爱普科斯 (EPCOS) LeaXield有源漏电流滤波器的技术数据