随着可变频率驱动（ＶＦＤ）（５０）应用持续增长，提供满足应用的特定要求的ＶＦＤ（５０）系统的挑战也持续增长。出于多种原因，包括安全标准和电磁干扰，降低接地泄漏电流是有利的。出于经济原因，使用额定于低于ＶＦＤ输出电压的晶体管构造高输出电压ＶＦＤ（５０）是有利的。此处所描述的装置和方法满足了这些和其他挑战的要求，部分通过在ＶＦＤ功率半导体模块的散热板和接地的冷却板（８０ＴＥ）之间放置具有高导热性、低介电常数和高介电强度的电绝缘板（ｃｐ１７６）来实现。所述板的安装所带来的有益效果包括在高频电压步骤降低由系统对地电容感应出的接地泄漏电流，以及增大参与针对给定的晶体管额定值的高可靠性ＶＦＤ（５０）电压输出的ＶＦＤ（５０）的晶体管模块的有效介电强度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
传统的正弦AC电压供给只提供了固定的电动机速度，不能快速 响应负载条件的变化。随着可变频率驱动系统(VFD)的出现，可以 实现更低能量消耗下的更好性能的电动机。VFD驱动的电动机快速响 应负载条件的变化，例如响应振动负载。VFD驱动的电动机提供了精 确扭矩输出以及连续的速度控制。由于其具有的许多优点，在工业应 用中VFD的利用持续增长。以下参照图1描述传统的中间电压VFD驱动的电动机系统。DC 总线20的中性点N 26接地，以保护晶体管开关免受可以引起绝缘退 化和元件故障的电位电压尖峰。反相电桥中晶体管的散热板也接地， 但是接地连接未在图1中示出。图2A示出了反相电桥晶体管模块经 由散热板126接地，这在以下详细描述。再参照图l，三相电缆30的 一端与VFD 50的输出端52连接。电缆30具有每单位长度的固有电 容。总的电缆电容示为Cc32。这些电缆为电动机M40馈电，由于绕 组，电动机M40也具有电容，示为Cw42，电动机阻抗示为ZM44。图3A示意电路300，表示传统VFD驱动电动机系统，例如图1 所示的驱动系统。开关S 60表示从VFD 50输出的电压转变 (transition)。当关闭幵关S 60时，从VFD50输出的从接地中性到 DC总线20的正电位22或负电位23的电压转变被施加在电路300上。 由于电动机电容CM42和电缆电容Cc32，接地泄漏电流Ignd 200自由 地在与电压转变的接地连接中流动。反相电桥电容C^62，从中性点 N 26连接到设备地PE 70和真正的地球地TE 80，与中性点N 26与真 正的地球地TE 80的短路连接并联。在这样的传统配置中，由于CIB62 与接地的短路连接并联，C,B62对接地泄漏电流的贡献可以忽略。由于其高性能和低功率消耗，期望VFD用于多种需求的应用，包括风扇和泵负载。然而，如果低接地泄漏电流是必要的，则在中间电压应用中使用VFD会很复杂。低接地泄漏电流在潜在的爆炸性环境中 或在需要降低的电磁干扰(EMI)的环境中将是必要的。高达MHz 范围的高频接地泄漏电流可以在例如无线电接收机、计算机、条形码 系统和显示系统中导致EMI。需要低接地泄漏电流的应用的一个示例是地下开采；地下开采环 境具有独特的要求和安全标准。地下开釆电动机优选地在中间电压范 围内(在6卯V和15kV之间)，典型地在4,160V被驱动。提供4，160V 输出的传统中间电压VFD可以产生多于10安培的接地泄漏电流I^D 200，所述接地泄漏电流Ic;ND 200在接地线中从VFD 50流至电动机M 40。当使用中间电压电动机便于使用更小的电缆时，电动机接地线泄 漏电流I(^D200的最大允许驱动可以在1安培以下。与传统AC正弦电动机驱动'不同，VFD输出的电压在微秒的时间量级上转变。因此，由于电容CM和Cc而感应出大的接地泄漏电流，这是VFD驱动电动机系统固有的，即使在相对低的例如690伏的电压 下。参照图3A，将DC总线20的中性点N 26与TE地80断开看起 来是一种降低接地泄漏电流的可行方法。在传统VFD系统302中将中 性点n 26与地断开的示意表示在图3B中示出。如图3B所示，将DC 总线的中性点N 26与TE地80断开改变了接地泄漏电流IGND 202的 电流模型。反相电桥电容CIB 62现在与电缆电容Cc 32和电动机电容 CM42的并联组合相串联。由于总的系统电容降低，这造成接地泄漏 电流的更高阻抗。然而，将中性点N 26与TE地80断开使得反相电 桥中的晶体管SrS!2易受电压尖峰的影响。将DC总线的中性点N 26与TE地80断开，使得晶体管相对于 DC总线的中性点N 26浮置。满DC总线电位的电压尖峰可以施加在 反相电桥中的晶体管两端。参照图2A，这样的电压尖峰在晶体管半导 体基板122和晶体管散热板126之间穿过薄绝缘体124传送。对于更低的驱动电压，可以在将DC总线的中性点与TE地断开 并成为浮置的VFD系统中采用额定(rate)在正负DC总线之差之上 的可用的晶体管。例如SMC的Microdrive 2,300V模型(VFD，Microdrive, 2，300V， SMC电子产品，2003)中成功采用了这样的配置。 然而，当必需或需要更高的VFD电压输出时和当额定于满DC总线电 位的晶体管不实际时，有必要保护晶体管免受满DC总线电位尖峰， 以防止元件寿命降低和元件故障。对于VFD驱动应用存在多个挑战。 例如， 一个挑战是在保护VFD尤其是反相电桥的同时降低接地泄漏电 流。另一个挑战是尽可能多地降低接地泄漏电流。对于其他应用，挑战在于提供可靠的VFD系统用于额定大于 4160V的电动机。例如，对于额定大于4160V的电动机，提供6.9kV 输出的VFD是有利的。然而，当前可用于构造具有6.9kV输出的VFD 的晶体管容易受到晶体管绝缘和濒临元件故障的损害。需要额定 11.5kV的DC总线以实现6.9kV的VFD输出。反相电桥晶体管可用 于5,100V的绝缘额定值。甚至当DC总线的中性点接地时，晶体管模 块绝缘124 (图2A)的击穿电压(5，100V)低于DC总线电位(11.5kV) 的一半。VFD系统中的另一个挑战是保护包括串联连接的可用晶体管 的反相电桥，以在晶体管额定小于DC总线电压的一半时提供大于 4160V的VFD输出电压。
技术实现思路
本专利技术提供了在保护反相电桥的同时降低VFD驱动的电动机系 统中的接地泄漏电流。本专利技术的一个目的是降低VFD驱动的电动机系统中的接地泄漏 电流。本专利技术的另一个目的是通过浮置DC总线上的中性点来降低接地 泄漏电流。本专利技术的另一个目的是在保护VFD免受由于电压尖峰造成的元 件故障的同时浮置D C总线的中性点。本专利技术的另一个目的是增大接地泄漏电流的阻抗。本专利技术的另一个目的是在不降低系统对地电容的情况下，进一步 降低中间电压VFD驱动的电动机系统的接地泄漏电流。本专利技术的另一个目的是降低VFD电动机驱动系统的总的对地电容。本专利技术的另一个目的是通过放置在VFD晶体管模块散热板和接 地的冷却板之间的高介电强度和低介电常数的板，降低VFD电动机驱 动系统的总的对地电容。本专利技术的另一个目的是通过当VFD中的DC总线的中性点接地时 附加有效绝缘来改进具有额定小于满DC总线电位的一半的晶体管的 VFD系统中的反相电桥可靠性和元件寿命。本专利技术的示例性实施例可以用于低、中、高电压驱动应用。根据本专利技术的目的，在根据本专利技术的示例性实施例的装置中，DC 总线的中性点是浮置的，与地断开。在根据另一个示例性实施例的装置中，具有高导热性、高介电强 度和低介电常数的电绝缘板以热和电的方式连接在晶体管半导体基板 和冷却板之间。在根据另一个示例性实施例的装置中，共模滤波器安装在VFD 的输出。一种根据本专利技术的实施例的方法包括浮置DC总线的中性点以及 通过介电基板增大接地泄漏电流的阻抗。另一种根据本专利技术的实施例的方法包括通过介电基板增大接地泄 漏电流的阻抗，以及将VFD的晶体管模块的介电强度增大至大于满 DC总线电压。另一种根据本专利技术的另一个实施例的方法包括浮置DC总线的中 性点、通过介电基板增大接地泄漏电流的阻抗以及在VFS系统中跨越 三本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降低ＶＦＤ系统中的接地泄漏电流的方法，包括： 浮置ＶＦＤ的ＤＣ总线上的中性点，以及 在ＶＦＤ功率半导体模块和冷却板之间放置具有高导热性、低介电常数和高介电强度的电绝缘板。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法，包括浮置VFD的DC总线上的中性点，以及在VFD功率半导体模块和冷却板之间放置具有高导热性、低介电常数和高介电强度的电绝缘板。2. 如权利要求1所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法， 还包括将电缆的第一端与VFD的相应输出端连接，以及将电缆的第二端 与要由VFD驱动的设备连接。3. 如权利要求2所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法， 还包括对与VFD的相应输出端连接的电缆应用共模滤波器。4. 如权利要求2所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法， 其中接地泄漏电流被降低至小于1.5安培。5. 如权利要求3所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法，其中接地泄漏电流被降低至小于1安培。6. 如权利要求4所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法， 其中接地泄漏电流被降低至小于1.5安培，其中尽管存在由电缆与 VFD的输出端连接造成的对地电容，也能实现将接地泄漏电流降^;至 小于1.5安培。7. 如权利要求4所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法， 还包括使用VFD的输出电压驱动电动机，其中接地泄漏电流被降低至小 于1.5安培，其中尽管存在电动机电容，也能实现将接地泄漏电流降 低至小于1.5安培。8. 如权利要求5所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法， 其中，接地泄漏电流被降低至小于1安培，其中尽管存在由电缆与VFD的输出端连接造成的对地电容，也能实现将接地泄漏电流降低至小于 1安培。9. 如权利要求5所述的降低VFD系统中的接地泄漏电流的方法，还包括使用VFD的输出电压驱动电动机，其中接地泄漏电流被降低至小 于1安培，其中尽管存在电动机电容，也能实现将接地泄漏电流降低 至小于1安培。10. —种降低中间电压VFD系统中接地泄漏电流的方法，包括 浮置中性点在VFD的DC总线，以及在VFD功率半导体模块和冷却板之间放置具有高导热性、低介电 常数和高介电强度的电绝缘板，其中，接地泄漏电流被降低至小于1.5安培。11. 一种具有低接地泄漏电流的中间电压VFD系统，包括 具有浮置中性点的DC总线；VFD功率半导体模块的反相电桥，与DC总线电连接； 具有高导热性、低介电常数和高介电强度的电绝缘板；以及 冷却板，其中将VFD...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉多尔诺吉马，
申请(专利权)人：SMC电气产品有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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