Типичный трехфазный синусоидальный источник электропитания уравновешен и симметричен при нормальных условиях. Таким образом, напряжение нейтрали всегда равно нулю. Более подробно можете прочитать в нашей публикации: “Как работает преобразователь частоты для управления электродвигателем”.
Однако в трехфазном источнике электропитания с ШИМ коммутацией возникает несимметрия по фазам. Даже при том, что основные гармоники выходных напряжений являются симметричными и сбалансированными, невозможно сделать сумму трех выходных напряжений в каждый момент времени равной нулю. Происходит это потому, что в момент отключения транзистора ток не может резко упасть до нуля из-за высокой индуктивности обмоток электродвигателя. При этом индуктивность обмоток каждой фазы может отличаться друг от друга из-за несимметрии магнитной системы статора, вызванной:
- несоостностью статора и ротора;
- геометрической асимметрией статора, возникающей при сборке и запрессовке сердечника;
- асимметрией витков, возникающей при намотке обмоток статора.
Также, внутреннее сопротивление транзисторов и время их закрытия не могут быть абсолютно одинаковыми. Все это приводит к тому, что в нейтральной точке появляется напряжение отлично от нуля. Для решения этой задачи используются антипараллельные диоды, которые могут быть скоммутированы на ток в момент открытия/закрытия транзисторов, однако это не позволяет полностью устранить негативные последствия. Полные графики токов и напряжений для одной фазы U показаны на рисунке:
Напряжение в нейтральной точке является источником синфазной помехи. Цепь синфазной помехи — это замкнутый контур для циркулирующего тока, текущего в пределах всей системы, включая преобразователь, кабель питания, двигатель и его подшипники, нагрузку (красные стрелки на рисунке):
В любой момент времени, когда один из трех выходов преобразователя изменяет потенциал, ток, пропорциональный этому изменению напряжения, вынужден течь на землю через емкостные связи с землей всех компонентов выходной цепи. Контурный ток, возникающий из-за разницы в индуктивности фаз и времени открытия ключей, должен попасть обратно в преобразователь через заземляющий проводник и емкости.
Для того чтобы зашунтировать контурный ток синфазной помехи с ротора электродвигателя на землю применяются специальные заземляющие кольца JUVTEK K27. Заземляющие кольца устанавливаются на торцевой щит двигателя со стороны насоса и обеспечивают защиту подшипников от повреждения электроискровыми разрядами.
В случае соединения звездой трёхфазного синусоидального источника энергии при нормальных условиях напряжение в нейтральной точке равно нулю, однако при широтно-импульсной модуляции трёхфазного источника питания напряжение нейтральной точки не равно нулю. Это напряжение может быть измерено в нулевой точке звезды при любой нагрузке и является источником синфазного напряжения. В результате ток, пропорциональный величине этого напряжения, протекает через распределённые ёмкости асинхронного двигателя обратно к источнику энергии через заземление.