CN112582997A - 一种漏电抑制电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种漏电抑制电路，包括第一电感L1、电流互感器CT1、第一电阻R1、第一电容C1、第一分流器RL1，所述第一电感L1包括主绕组和副边绕组LID，所述主绕组的输入端与外置电柜漏保开关输出端相连接，所述主绕组的输出端与机床加工装置输入端相连接，所述副边绕组LID、第一电阻R1以及电流互感器CT1的一次侧串联成副边绕组回路，所述电流互感器CT1的二次侧与采样及控制单元的输入端相连接，所述采样及控制单元输出端通过所述第一电容C1与机床加工装置的柜体接地端相连，机床加工装置的柜体接地端通过所述第一分流器RL1接地。本发明还提供一种漏电抑制电路的控制方法。

Description

一种漏电抑制电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及制造技术与机床领域，尤其涉及一种漏电抑制电路及其控制方法。

背景技术

在制造技术与机床领域中，变频器、交流伺服单元及电机是机床加工的核心驱动和执行单元，变频器或交流伺服驱动多采用PWM和空间矢量SVPWM调制方式，变频器、驱动单元及电机又对地存在Y电容和分布电容，这些设备工作在高频PWM斩波情况下，对Y电容和分布电容形成了充、放电，并通过控制柜接地壳体与大地相连，对大地形成高频漏电，且设备功率越大漏电流越大。高频漏电流的存在会触发三相电源漏电保护装置误动作，导致系统不能可靠运行。

目前针对高频漏电流这一问题主要是优化系统硬件拓扑结构，增加隔离变压器来有效的降低高频漏电流，但是存在着体积大、成本较高的问题。

因此提供一种漏电抑制电路及其控制方法，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种漏电抑制电路及其控制方法，旨在用于解决变频器、交流伺服驱动及电机中流经三相电源及大地的漏电流过大问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种漏电抑制电路，包括第一电感L1、电流互感器CT1、第一电阻R1、第一电容C1、第一分流器RL1，所述第一电感L1包括主绕组和副边绕组LID，所述主绕组的输入端与外置电柜漏保开关输出端相连接，所述主绕组的输出端与机床加工装置输入端相连接，所述副边绕组LID、第一电阻R1以及电流互感器CT1的一次侧串联成副边绕组回路，所述电流互感器CT1的二次侧与采样及控制单元的输入端相连接，所述采样及控制单元输出端通过所述第一电容C1与机床加工装置的柜体接地端相连，机床加工装置的柜体接地端通过所述第一分流器RL1接地。

作为优选，所述主绕组和副边绕组L1D共用一个磁环，所述磁环的材质为纳米晶或超微晶。

作为优选，所述机床加工装置包括开关组件、电抗器、驱动单元设备、电机和控制系统，所述机床加工装置中所有设备的接地端均与柜体接地端相连。

作为优选，所述第一分流器RL1的电阻值小于4欧姆。

本发明还提供一种漏电抑制电路的控制方法，在运行阶段，机床加工装置的控制系统发出指令使驱动单元设备带动电机完成各项运动控制，工作在高频开关下的功率器件产生很高的di/dt电流尖峰，在第一电感L1两端产生阻碍电流的一个反电势dv/dt，通过主绕组并耦合到副边绕组LD1两端，在副边绕组LD1产生电压尖峰作用于第一电阻R1两端，通过第一电阻R1发热并消耗掉，并且抑制了部分高频漏电流。

作为优选，电流互感器CT1串接在副边绕组L1D和第一电阻R1之间，第一电阻R1在吸收消耗掉主绕组中的共模电压尖峰，同时在副边绕组回路中产生一个高频电流，且这个高频电流和流入大地的漏电流同频率，电流互感器CT1一次侧拾取这个电流信号，通过电流互感器CT1的二次侧将这个高频信号传递给采样及控制单元，采样及控制单元通过比较电流互感器CT1二次测和第一分流器RL1上的高频电流信号，产生一个与第一分流器RL1两端相位相反、频率相同的高频波形，通过第一电容C1耦合叠加在第一分流器RL1两端，实现漏电流高频分量的抵消。

作为优选，所述第一电感L1工作在高频状态下，对于低频的信号，电感线圈等同导线，对于线路中真实的工频漏电流没有抑制作用，确保外置漏电保护器件安全运行。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种抑制漏电流的漏电抑制电路及其控制方法，由于采用了新的磁性材料，和优化电路结构，利用三相输入端和流入大地端的漏电流关系，采取了一种抵消高频漏电流的控制方式，使厂房的漏保器件可靠工作，保证了人身安全，而且在加工运行中，提高了整个机床加工系统的抗干扰能力及可靠性。且体积小，成本低，运行寿命更长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中抑制漏电流的典型拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例提供的漏电抑制电路的电路图；

图3为本发明实施例提供的漏电抑制电路工作在运行阶段的各种波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2，本发明实施例一提供一种漏电抑制电路，包括第一电感L1、电流互感器CT1、第一电阻R1、第一电容C1、第一分流器RL1，所述第一电感L1包括主绕组和副边绕组LID，所述主绕组的输入端与外置电柜漏保开关输出端相连接，所述主绕组的输出端与机床加工装置输入端相连接，所述副边绕组LID、第一电阻R1以及电流互感器CT1的一次侧串联成副边绕组回路，所述电流互感器CT1的二次侧与采样及控制单元7的输入端相连接，所述采样及控制单元7包括两个输出端，其中一输出端通过所述第一电容C1与机床加工装置的柜体接地端相连，机床加工装置的柜体接地端通过所述第一分流器RL1接地，另外一输出端直接接地。所述主绕组和副边绕组L1D共用一个磁环，所述磁环的材质为纳米晶或超微晶。

所述机床加工装置包括开关组件、电抗器、驱动单元设备、电机和控制系统，所述机床加工装置中所有设备的接地端均与柜体接地端相连。所述第一分流器RL1的电阻值小于4欧姆。

如图2所示，本发明实施例一提供一种漏电抑制电路，包括第一电感L1、电流互感器CT1、采样及控制单元7、第一电阻R1第一电容C1及第一分流器RL1；所述漏电抑制电路输入端与外置电柜漏保开关输出端相连接，所述漏电抑制电路的输出端与机床加工装置输入端相连接，所述机床加工装置由开关组件及电抗器、驱动单元设备及电机和控制系统组成，所述机床加工装置中所有设备的接地端与柜体的接地端相连，所述柜体接地端到接大地端的电阻值必须小于4欧姆，即第一分流器RL1的电阻值小于4欧姆。

所述第一电感L1主绕组为L1A、L1B、L1C，副边绕组为L1D，所述主绕组的同名端(打点标识)为输入端，另一端为输出端，所述第一电感L1的主绕组和副边绕组共用一个磁环，所述磁环的材质为纳米晶或超微晶。

所述的漏电抑制电路，其中，电流互感器CT1一次侧的一端与第一电感L1的副边绕组L1D的同名端相连接，另一端与第一电阻R1的一端相连接，所述第一电阻R1的另一端与第一电感L1副边绕组L1D的另一端相连接，所述电流互感器CT1的二次侧与采样及控制单元7的输入端相连接，所述采样及控制单元7输出端与第一电容C1及第一分流器RL1的一端相连接，第一电容C1及第一分流器RL1的另一端分别接柜体接地端和大地端，实现流入大地的漏电流控制。

本发明实施例二提供一种漏电抑制电路的控制方法，本发明实施例提供的这种多驱系统及其抑制漏电流的控制方法，在运行阶段，机床加工装置控制系统发出指令使驱动单元设备带动电机完成各项运动控制，工作在高频开关下的功率器件(mos管、igbt管)产生很高的di/dt电流尖峰，在第一电感L1两端产生阻碍电流的一个反电势，也就是dv/dt，通过主绕组并耦合到副边绕组L1D两端，在副边绕组L1D产生电压尖峰作用于第一电阻R1两端，通过第一电阻R1发热并消耗掉，并且抑制了部分高频漏电流。

由于电流互感器CT1串接在第一电感L1副边和第一电阻R1之间，第一电阻R1在吸收消耗掉主绕组中的共模电压尖峰，同时在副边绕组回路中产生一个高频电流，且这个高频电流和机床装置流入大地的漏电流同频率，电流互感器CT1一次侧拾取这个电流信号，通过电流互感器CT1的二次侧将这个高频信号传递给采样及恒流控制电路(采样及控制单元7)，采样及控制单元7通过比较电流互感器CT1二次测和第一分流器RL1上的高频电流信号，产生一个与第一分流器RL1两端相位相反、频率相同的高频波形，通过第一电容C1耦合叠加在第一分流器RL1两端，实现了漏电流高频分量的抵消。

第一电感L1材料为纳米晶或超微晶，第一电感L1只工作在对高频状态下，对于低频的信号，电感线圈等同导线，对于线路中真实的工频漏电流没有抑制作用，确保外置漏电保护器件安全运行。

本发明提供的这种抑制漏电流的漏电抑制电路及其控制方法，由于采用了新的磁性材料，和优化电路结构，利用三相输入端和流入大地端的漏电流关系，采取了一种抵消高频漏电流的控制方式，使厂房的漏保器件可靠工作，保证了人身安全，而且在加工运行中，提高了整个机床加工系统的抗干扰能力及可靠性。且体积小，成本低，运行寿命更长。

如图2、图3所示，结合三相输入和流入大地回路的漏电流波形，细化上述实施例，上电初始阶段，三相电源经过漏电抑制电路给机床加工装置提供电压，见图3中的三相电压波形a，继而机床加工装置开始完成初始化过程，这时三相交流电经过驱动单元设备及电机对机床壳体的Y电容和寄生分布电容Cg产生一个微弱的频率为150HZ的漏电流经过接地线流经大地，如图3中Y电容、Cg电容对地漏电波形b，这个漏电流属于正常漏电流。

具体控制方法如下：

运行阶段，机床加工装置控制系统发出指令使驱动单元设备带动电机完成各项运动控制，工作在高频开关下的功率器件产生很高的di/dt电流尖峰，通过驱动单元内部板卡对机壳的Y电容及电机内部对外壳分布电容，对大地形成的高频漏电，且PWM频率越高漏电流越大，驱动单元设备及电机功率越大高频漏电流也越大，这种高频漏电流叠加在150HZ的低频分量上，由于第一电感L1对突变的di/dt电流尖峰有抑制作用，相应的在第一电感L主绕组两端产生比较高的电压尖峰dv/dt，高的电压尖峰也是回路中的共模电压，副边绕组L1D耦合到高的电压尖峰并通过第一电阻R1发热消耗掉部分电压尖峰能量，同时也抑制了部分高频漏电流，这时流入大地的漏电流见图3中的漏电流波形c。

另一方面，电流互感器CT1一次侧串联在L1的副边绕组L1D和第一电阻R1之间，获取与流入大地高频漏电流同频率的电流信号，通过电流互感器CT1的二次侧将信号传递给采样及控制单元，采样及控制单元7检测到来自电流互感器CT1及流入大地端第一分流器RL1两端的信号，通过比较两电流信号的频率，产生一个与第一分流器RL1两端频率相同、相位互非的一个高频电流信号叠加到RL1两端，如图3中产生的互非漏电流波形d，叠加后的高频漏电流的高频部分被抵消掉，如图3e中的抵消之后漏电流波形e，这样流入大地的漏电流为150HZ的工频漏电流，这个工频漏电流便于配电柜中的漏保装置识别。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种漏电抑制电路，其特征在于：包括第一电感L1、电流互感器CT1、第一电阻R1、第一电容C1、第一分流器RL1，所述第一电感L1包括主绕组和副边绕组LID，所述主绕组的输入端与外置电柜漏保开关输出端相连接，所述主绕组的输出端与机床加工装置输入端相连接，所述副边绕组LID、第一电阻R1以及电流互感器CT1的一次侧串联成副边绕组回路，所述电流互感器CT1的二次侧与采样及控制单元的输入端相连接，所述采样及控制单元输出端通过所述第一电容C1与机床加工装置的柜体接地端相连，机床加工装置的柜体接地端通过所述第一分流器RL1接地。

2.如权利要求1所述的漏电抑制电路，其特征在于：所述主绕组和副边绕组L1D共用一个磁环，所述磁环的材质为纳米晶或超微晶。

3.如权利要求1所述的漏电抑制电路，其特征在于：所述机床加工装置包括开关组件、电抗器、驱动单元设备、电机和控制系统，所述机床加工装置中所有设备的接地端均与柜体接地端相连。

4.如权利要求3所述的漏电抑制电路，其特征在于：所述第一分流器RL1的电阻值小于4欧姆。

5.一种漏电抑制电路的控制方法，其特征在于：在运行阶段，机床加工装置的控制系统发出指令使驱动单元设备带动电机完成各项运动控制，工作在高频开关下的功率器件产生很高的di/dt电流尖峰，在第一电感L1两端产生阻碍电流的一个反电势dv/dt，通过主绕组并耦合到副边绕组LD1两端，在副边绕组LD1产生电压尖峰作用于第一电阻R1两端，通过第一电阻R1发热并消耗掉，并且抑制了部分高频漏电流。

6.如权利要求5所述的漏电抑制电路的控制方法，其特征在于：电流互感器CT1串接在副边绕组L1D和第一电阻R1之间，第一电阻R1在吸收消耗掉主绕组中的共模电压尖峰，同时在副边绕组回路中产生一个高频电流，且这个高频电流和流入大地的漏电流同频率，电流互感器CT1一次侧拾取这个电流信号，通过电流互感器CT1的二次侧将这个高频信号传递给采样及控制单元，采样及控制单元通过比较电流互感器CT1二次测和第一分流器RL1上的高频电流信号，产生一个与第一分流器RL1两端相位相反、频率相同的高频波形，通过第一电容C1耦合叠加在第一分流器RL1两端，实现漏电流高频分量的抵消。

7.如权利要求5所述的漏电抑制电路的控制方法，其特征在于：所述第一电感L1工作在高频状态下，对于低频的信号，电感线圈等同导线，对于线路中真实的工频漏电流没有抑制作用，确保外置漏电保护器件安全运行。

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