專利名稱：一種降低電氣設備漏電流的方法及其電氣設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及三相Y型交流電源，尤其涉及采用三相Y型交流電源來降低電氣設備漏電流的方法以及該電氣設備。
背景技術：
當前，隨著馬達控制功能和需求的不斷增強，諸如馬達驅動器的電氣設備應用越來越廣泛，其應用領域不僅涉及到工業控制領域，而且還涉及到很多其他的行業。此外，馬達驅動器也正朝著小型化、多功能、高性能和專用化方向發展，其靈活性和適用性也不斷改口 ο
例如，現有技術中的通用變頻器一般采用PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制)控制技術。通過功率變換器對電能進行變換和控制，從而可使電機系統的性能指標得到較大地提高。另一方面，由于馬達驅動器中的功率器件需要工作在較高頻率的開關狀態， 這些功率器件的高速開關動作會使得電壓和電流在短時間內發生跳變，導致電壓和電流中均含有很多高次諧波，并且這些高次諧波將通過雜散電容或馬達驅動器的接地線來產生漏電流。為了解決漏電流的問題，馬達驅動器一般都會預留接地端口，當用戶使用該馬達驅動器時，必須手動地將驅動器中所預留的接地端口進行接地，從而為漏電流提供一低阻抗回路以釋放電流。
然而，在實際使用過程中，用戶往往會遺忘將驅動器的接地端口進行接地的操作環節，或者由于現場環境影響根本無法就近接地。此時，因功率器件的高頻開關動作所產生的漏電流便無法沿低阻抗回路進行釋放，這些漏電流轉而在馬達驅動器的接地等電位端 (如散熱片等)以及與大地間的雜散電容上形成電荷聚集，進而造成驅動器的接地等電位端與大地間的相對電壓提升(如該雜散電容上的電壓為100V)。當使用者不小心觸碰此接地等電位端時，漏電流經由人體形成放電路徑，使人產生觸點感覺。
有鑒于此，如何設計一種可降低漏電流的馬達驅動器以及包含功率器件單元的其它電氣設備，以便在使用者即使忘記將這些電氣設備接地時也可防止觸電，保證人體安全， 是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。發明內容
針對現有技術中的具有功率器件單元的電氣設備在實際使用時所存在的上述缺陷，本發明提供了一種降低電氣設備漏電流的方法及其電氣設備。
依據本發明的一個方面，提供了一種低漏電流的電氣設備，其采用一三相Y型交流電源進行供電，并且所述交流電源的中性點直接耦接至一接地電壓，其中，該電氣設備還包括一功率器件單元，包括多個功率開關；一接地等電位端，用于提供所述功率開關在工作過程中所產生的漏電流的釋放路徑；以及一箝位電路，電性連接于所述交流電源與所述接地等電位端之間，用于將所述接地等電位端的電位箝位至不大于一預定電壓閾值。
優選地，該箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路電性連接至所述三相交流電源的每一相。在一實施例中，每一箝位支路為一電阻。在另一實施例中，每一箝位支路為一電容。在又一實施例中，每一箝位支路由一電阻和一電容串聯連接所構成。在再一實施例中，每一箝位支路由一電阻和一電容并聯連接所構成。
優選地，該電氣設備還包括一散熱裝置，所述接地等電位端設置于一所述散熱裝置上，其與所述功率器件單元間具有一第一電容，以及其與所述接地電壓間具有一第二電容。更優選地，電阻和/或所述電容與所述第二電容之間滿足一預定的關系式，以降低所述接地等電位端對地的漏電流。
優選地，該電氣設備為一馬達驅動器。
優選地，該接地等電位端亦可同時電性連接至所述接地電壓。
優選地，該預定電壓閾值為人體安全電壓。
依據本發明的另一個方面，提供了一種降低電氣設備漏電流的方法，該電氣設備包括一三相Y型交流電源和一功率器件單元，并且所述功率器件單元具有多個功率開關， 其中，該方法包括
設置一接地等電位端，以提供所述功率開關在工作過程中所產生的漏電流的釋放路徑，其中，所述接地等電位端與所述功率器件單元間具有一第一電容，且與接地電壓間具有一第二電容；以及
提供一箝位電路，電性連接于交流電源與接地電位端之間，以箝位所述接地等電位端的電位至不大于一預定電壓閾值。
優選地，該箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路電性連接至所述三相交流電源的每一相。在一實施例中，每一箝位支路為一電阻。在另一實施例中，每一箝位支路為一電容。在又一實施例中，每一箝位支路由一電阻和一電容串聯連接所構成。在再一實施例中，每一箝位支路由一電阻和一電容并聯連接所構成。
優選地，電阻和/或所述電容與所述第二電容之間滿足一預定的關系式，以降低所述接地等電位端對地的漏電流。
優選地，該方法還包括將所述接地等電位端同時電性連接至所述接地電壓。
優選地，該預定電壓閾值為人體安全電壓。
采用本發明的降低電氣設備漏電流的方法及其電氣設備，將箝位電路設置于電性連接在三相交流電源與接地等電位端之間，利用箝位電路中的電阻和/或電容來構建一虛擬中性點，從而功率開關在高頻開關操作時所形成的漏電流的相當一部分可經由該箝位電路所形成的低阻抗回路進行釋放。如此一來，即使忘記將電氣設備進行接地處理，也可藉由上述箝位電路形成一低阻抗回路，進而減小電氣設備對地的漏電流，避免人體不小心觸碰接地等電位端時從而發生觸電事故，提高電氣設備的安全性和可靠性。


讀者在參照附圖閱讀了本發明的具體實施方式
以后，將會更清楚地了解本發明的各個方面。其中，
圖1示出現有技術的低漏電流的電氣設備的電路結構示意圖2示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第一優選實施例的電路圖3示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第二優選實施例的電路圖4示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第三優選實施例的電路圖5示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第四優選實施例的電路圖；以及
圖6示出圖2至圖5的電氣設備中的箝位電路的阻抗配置示意圖。
具體實施方式
為了使本申請所揭示的技術內容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。
下面參照附圖，對本發明各個方面的具體實施方式
作進一步的詳細描述。
圖1示出現有技術的低漏電流的電氣設備的電路結構示意圖。參照圖1，以馬達驅動器為例，該馬達驅動器采用一三相Y型交流電源進行供電，并且該交流電源的中性點直接耦接至馬達驅動器的接地電壓(如，0V)，其中，該三相Y型交流電源由R相、T相和S相構成，R相、T相和S相各自的一端均連接至中性點，該中性點因與驅動器的接地電壓相連接， 因而該中性點的電位電壓也為0V。
該電氣設備還包括功率器件單元，本實施例中功率器件單元包括一整流模塊、一逆變模塊和一接地等電位端Pl。更詳細地，整流模塊由二極管Dl D6構成，其中，二極管 Dl和D2構成一整流橋臂，D3和D4構成另一整流橋臂，以及D5和D6構成又一整流橋臂，并且，由Dl和D2所構成的整流橋臂對應于三相Y型交流電源的R相，由D3和D4所構成的整流橋臂對應于T相，以及由D5和D6所構成的整流橋臂對應于S相，從而對交流電源的電壓信號進行整流處理，以獲得一直流電壓。
逆變模塊電性連接至整流模塊，該逆變模塊包括功率器件Tl T6。其中，功率器件Tl和T2構成一逆變橋臂，T3和T4構成另一逆變橋臂，以及T5和T6構成又一逆變橋臂，當在功率器件Tl T6施加預定時序的PWM信號時，該逆變模塊可將來自整流模塊的該直流電壓轉換為頻率、幅值和相位均可調的交流電壓，并采用該交流電壓來控制三相電機M 的運轉。如前所述，因逆變模塊中的功率器件工作在較高頻率的開關狀態，這些功率器件的高速開關動作會使電壓和電流在短時間內發生跳變，致使電壓和電流均含有豐富的高次諧波，這些高次諧波通過雜散電容或驅動器接地線就產生了漏電流。
接地等電位端Pl位于功率器件單元和就近的接地電壓端P2之間，用于提供該功率器件單元中的功率器件在工作過程中所產生的漏電流的釋放路徑。也就是說，接地等電位端Pl為馬達驅動器所預留的接地端口，當用戶使用該馬達驅動器時，需要將接地等電位端Pl與接地電壓端P2電性接通，從而為上述漏電流提供作為其釋放路徑的低阻抗回路。然而，由于現場環境的影響或者用戶忘記將驅動器接地，當接地等電位端Pl與接地電壓端P2 并未接通時，漏電流就會在馬達驅動器接地等電位端Pl (如散熱片)與接地電壓端P2之間的雜散電容C3上形成電荷聚集。當人體不小心觸碰到該接地等電位端Pl時，漏電流經由人體流向接地電壓，從而使人體產生觸點感覺。毫無疑問，這將會造成馬達驅動器潛在的安全隱患。
圖2示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第一優選實施例的電路圖。參照圖2，本發明的低漏電流的電氣設備采用一三相Y型交流電源進行供電，并且該交流電源的中性點直接耦接至一接地電壓。該電氣設備，諸如馬達驅動器，功率器件單元包括一整流電路、一逆變電路、一接地等電位端Pl和一箝位電路。
本領域的技術人員應當理解，本發明的低漏電流的電氣設備包括但不只局限于上述的馬達驅動器，在除馬達驅動器之外的其他電氣設備中若包含功率器件單元，由于該功率器件單元中的一個或多個功率開關在高頻開關動作時將會使電壓和電流在短時間內發生跳變，致使電壓和電流均含有豐富的高次諧波，這些高次諧波通過雜散電容或電氣設備的接地端必定產生漏電流，因而，包含了功率器件單元的電氣設備如可適用本發明，也應當在本發明的精神范圍內。此外，上述優選實施例中的馬達驅動器也僅僅用來描述與功率器件單元相關的功率開關的高頻開關動作，并不構成對本發明的范圍的任何限制。
接地等電位端Pl位于功率器件單元和接地電壓端P2之間，用于提供功率器件單元中的功率器件在高頻開關操作過程中所產生的漏電流的釋放路徑。具體來說，當將接地等電位端Pl與接地電壓端P2電性接通時，其漏電流可沿著接地線這一低阻抗回路予以釋放。然而，當使用者在忘記將馬達驅動器進行接地處理時，接地電位端Pl并未與接地電壓端P2電性導通，因而漏電流會在雜散電容C3上形成電荷聚集。
如上所述，現有技術中，正是由于雜散電容C3上所聚集的電荷導致人體在不小心觸碰該接地等電位端Pl時發生觸電感覺。相比之下，本發明還提供了一箝位電路，該箝位電路電性連接于交流電源與接地等電位端之間，用來將接地等電位端Pl的電位箝位至不大于一預定的電壓閾值。從圖2中可以看出，接地等電位端Pl處所聚集的電荷經由箝位電路這一低阻抗回路進行釋放。
在一具體實施例中，該箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路電性連接至三相交流電源的每一相。優選地，每一箝位支路為一電阻，即電阻Rl對應于三相Y型交流電源的S相，電阻R2對應于三相Y型交流電源的T相，以及電阻R3對應于三相Y型交流電源的R相。
本領域的技術人員應當理解，雖然圖2示意性地描述了本發明中低漏電流的電氣設備，然而本發明并不只局限于此。例如，圖2中的箝位電路結構還可作為單獨的漏電流功能模塊接入其他的包含功率器件單元的電氣設備中，同樣也可實現減小漏電流和箝位接地等電位的功能。此外，該漏電流功能模塊還可使用到無預設接地端口的其他儀器或設備中， 以便通過箝位電路所構建的低阻抗回路來釋放漏電流。
在另一具體實施例中，該電氣設備還包括一散熱裝置，并且圖2中的接地等電位端Pl設置于該散熱裝置上。該散熱裝置與逆變電路間具有一第一電容C2，并且其與接地電壓端之間具有一第二電容C3，此處的第一電容C2和第二電容C3均為雜散電容。因此，功率器件在高頻開關動作期間，產生的漏電流經由雜散電容C2釋放至虛擬中性點(S卩，電阻R1、 R2和R3的共同節點)，從而將接地等電位端Pl處的電壓箝位至一預定的電壓閾值，例如， 該預定的電壓閾值為人體安全電壓(36V)。與此同時，這也降低了接地等電位端Pl對接地電壓端P2的對地電壓。
在又一具體實施例中，為了更好地消除設備中的漏電流，在設置本發明中的箝位電路以將接地等電位端Pl的電壓箝位的同時，還可將該接地等電位端Pl與接地電壓端P2 電性接通，從而使接地電位端Pl的電壓等于接地電壓。
圖3示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第二優選實施例的電路圖。參照圖3，本發明的低漏電流的電氣設備包括一整流電路、一逆變電路、一接地等電位端Pl和一箝位電路。
其中，圖3中的整流電路、逆變電路、接地等電位端Pl與圖2中的整流電路、逆變電路、接地等電位端Pl可采用相同或相似的電路結構，為描述方便起見，此處不再贅述，并以引用方式包含于圖3所示的電氣設備中。
該箝位電路也包括三個箝位支路，每一箝位支路電性連接至三相交流電源的每一相。不同于圖2，每一箝位支路為一電容，即電容C4對應三相Y型交流電源的S相，電容C5 對應三相Y型交流電源的T相，以及電容C6對應三相Y型交流電源的R相。本領域的技術人員容易理解，采用圖3所示的箝位電路，同樣可構建一虛擬中性點(即，電容C4、C5和C6 的共同節點)，從而將功率器件在高頻開關動作期間產生的漏電流經由雜散電容C2釋放至該虛擬中性點，因而可降低接地等電位端Pl對接地電壓端P2的對地電壓。
圖4示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第三優選實施例的電路圖。參照圖4，本發明的低漏電流的電氣設備包括功率器件單元，本實施例中功率器件單元包括一整流電路、一逆變電路、一接地等電位端Pl和一箝位電路。
與圖2和圖3不同的是，圖4的箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路由一電阻和一電容并聯連接所構成。即，電容C4與電阻Rl并聯連接，對應于三相Y型交流電源的 S相；電容C5與電阻R2并聯連接，對應于三相Y型交流電源的T相；以及電容C6與電阻R3 并聯連接，對應于三相Y型交流電源的R相。
圖5示出依據本發明的一個方面的低漏電流的電氣設備的第四優選實施例的電路圖。參照圖5，本發明的低漏電流的電氣設備包括功率器件單元，本實施例中功率器件單元包括一整流電路、一逆變電路、一接地等電位端Pl和一箝位電路。
與圖2 圖4不同的是，圖5的箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路由一電阻和一電容并聯連接所構成。即，電容C4與電阻Rl串聯連接，對應于三相Y型交流電源的 S相；電容C5與電阻R2串聯連接，對應于三相Y型交流電源的T相；以及電容C6與電阻R3 串聯連接，對應于三相Y型交流電源的R相。
圖6示出圖2至圖5的電氣設備中的箝位電路的阻抗配置示意圖。為了顯著降低電氣設備中的漏電流，箝位電路中的電阻和/或電容的取值由第二電容C3的電容值決定。 然而，由于電氣設備(如馬達驅動器)的功率不同，第二電容C3的電容值也不同，因而，使用固定電容值來確定箝位電路的電阻或電容相對比較不易。
為此，本發明根據電阻、電容以及電阻和電容的組合阻抗與第二電容C3之間的大小關系來優化選取結果。具體地，將整個三相Y型交流電源的等效阻抗表示為Z6，其包括該交流電源中每相上的阻抗Z0，將箝位電路中的等效阻抗表示為Z7，接地等電位端Pl至接地電壓端P2之間的等效阻抗為Z4，以及功率器件單元到接地等電位端Pl之間的等效阻抗為 Z5。其中，箝位電路中的等效阻抗Z7包括對應于每相的阻抗Z1、Z2和^3。例如，該阻抗Zl 對應于一電阻、一電容、電阻和電容的串聯組合、電阻和電容的并聯組合等。參照圖6，來自功率器件單元的漏電流經由阻抗Z5后，會通過相對較低阻抗的兩條回路予以釋放，其一是從阻抗Z5流向虛擬中性點(即阻抗Zl、Z2和的共同節點)，其二是從阻抗Z5和Z4流向接地電壓端P2。為了減小流過Z4的漏電流，則最好使Z7與Z6的阻抗值之和遠小于Z4 的阻抗進行漏電流的分流，從而使接地等電位端Pl的電壓箝位至一預定的電壓閾值。
采用本發明的降低電氣設備漏電流的方法及其電氣設備，將箝位電路設置于電性連接在三相交流電源與接地等電位端之間，利用箝位電路中的電阻和/或電容來構建一虛擬中性點，從而功率器件在高頻開關操作時所形成的漏電流的相當一部分可經由該箝位電路所形成的低阻抗回路進行釋放。如此一來，即使忘記將驅動器進行接地處理，也可藉由上述箝位電路形成一低阻抗回路，進而減小電氣設備對地的漏電流，避免人體不小心觸碰接地等電位端時發生觸電事故，因而可提高設備的安全性和可靠性。
上文中，參照附圖描述了本發明的具體實施方式
。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，還可以對本發明的具體實施方式
作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明權利要求書所限定的范圍內。
權利要求
1.一種低漏電流的電氣設備，其采用一三相Y型交流電源進行供電，并且所述交流電源的中性點直接耦接至一接地電壓，其特征在于，所述電氣設備還包括一功率器件單元，包括多個功率開關；一接地等電位端，用于提供所述功率開關在工作過程中所產生的漏電流的釋放路徑;以及一箝位電路，電性連接于所述交流電源與所述接地等電位端之間，用于將所述接地等電位端的電位箝位至不大于一預定電壓閾值。
2.根據權利要求1所述的電氣設備，其特征在于，所述箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路電性連接至所述三相交流電源的每一相。
3.根據權利要求2所述的電氣設備，其特征在于，所述每一箝位支路為一電阻。
4.根據權利要求2所述的電氣設備，其特征在于，所述每一箝位支路為一電容。
5.根據權利要求2所述的電氣設備，其特征在于，所述每一箝位支路由一電阻和一電容串聯連接所構成。
6.根據權利要求2所述的電氣設備，其特征在于，所述每一箝位支路由一電阻和一電容并聯連接所構成。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的電氣設備，其特征在于，還包括一散熱裝置，所述接地等電位端設置于一所述散熱裝置上，其與所述功率器件單元間具有一第一電容，以及其與所述接地電壓間具有一第二電容。
8.根據權利要求7所述的電氣設備，其特征在于，所述電阻和/或所述電容與所述第二電容之間滿足一預定的關系式，以降低所述接地等電位端對地的漏電流。
9.根據權利要求1所述的電氣設備，其特征在于，所述電氣設備為一馬達驅動器。
10.根據權利要求1所述的電氣設備，其特征在于，所述接地等電位端亦可同時電性連接至所述接地電壓。
11.根據權利要求1所述的電氣設備，其特征在于，所述預定電壓閾值為人體安全電壓。
12.—種降低電氣設備漏電流的方法，該電氣設備包括一三相Y型交流電源和一功率器件單元，并且所述功率器件單元具有多個功率開關，其特征在于，該方法包括以下步驟設置一接地等電位端，以提供所述功率開關在工作過程中所產生的漏電流的釋放路徑，其中，所述接地等電位端與所述功率器件單元間具有一第一電容，且與接地電壓間具有一第二電容；以及提供一箝位電路，電性連接于所述交流電源與所述接地電位端之間，以箝位所述接地等電位端的電位至不大于一預定電壓閾值。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述箝位電路包括三個箝位支路，每一箝位支路電性連接至所述三相交流電源的每一相。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述每一箝位支路為一電阻。
15.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述每一箝位支路為一電容。
16.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述每一箝位支路由一電阻和一電容串聯連接所構成。
17.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述每一箝位支路由一電阻和一電容并聯連接所構成。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的方法，其特征在于，所述電阻和/或所述電容與所述第二電容之間滿足一預定的關系式，以降低所述接地等電位端對地的漏電流。
19.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，該方法還包括 將所述接地等電位端同時電性連接至所述接地電壓。
20.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述預定電壓閾值為人體安全電壓。
全文摘要
本發明提供了一種降低電氣設備漏電流的方法及其電氣設備，其采用一三相Y型交流電源進行供電，其中性點直接耦接至接地電壓，包括一功率器件單元，包括多個功率開關；一接地等電位端，用于提供所述功率開關在工作過程中所產生的漏電流的釋放路徑；以及一箝位電路，電性連接于所述交流電源與所述接地等電位端之間，用于將所述接地等電位端的電位箝位至不大于一預定電壓閾值。采用本發明，通過箝位電路中的電阻和/或電容來構建一虛擬中性點，從而功率開關在高頻開關操作時所形成的漏電流的相當一部分可經由該箝位電路進行釋放，避免人體不小心觸碰接地等電位端時從而發生觸電事故，提高電氣設備的安全性和可靠性。
文檔編號H02P25/16GK102497158SQ20111036597
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者洪長功, 羅軍昌 申請人:中達光電工業(吳江)有限公司, 臺達電子企業管理(上海)有限公司