关于家用空调产品泄漏电流改善方法研究

关于家用空调产品泄漏电流改善方法研究

成伟

珠海格力电器股份有限公司  

摘要：空调产品电气安全标准中关于工作状态下的泄流电流实验，是评估考量产品正常工作时人体触及到产品易触及表面是否存在危险。本文分别针对定频/变频产品摸底分析，确认产品泄漏电流的泄流部位和泄漏原理从而为设计人员提出整改方向。

关键词：空调；泄漏电流；改善；方法；

引言：工作状态下的泄漏电流测试是最重要的电气设备安全性能指标，实际上是考核热态下器具的电气绝缘，研究泄漏电流的意义就在于根据标准的规定使用正确的测试方法以及测试电路将设备的泄漏电流控制在规定限值内，以保证使用者免遭电击伤害。泄漏电流它的本质是包括电容耦合电流在内的，能从家用空调产品可触及部分传导的泄漏电流分两部分，一部分是通过绝缘电阻的传导电流；另一部分是通过分布电容的位移电流。本文也是从泄流电流的这两路径对其进行相应整改建议的。我们以空调I类器具L/N对地泄漏电流为例进行说明。

1、 泄漏电流测试原理

国家标准GB/T14536.1-1993《家用和类似用途电自动控制器通用要求》中，对泄漏电流给出定义是：“在一个电气装置裸露导电表面与地或其他裸露的导电表面之间传导的所有电流，包括容性耦合电流。”该定义提示了在空调产品内部各个电器元件之间以电磁感应电容寄生等形式，存在着相互渗漏和相互影响从而导致产生泄漏电流；而且，这种方式产生的泄漏电流可能呈现出一种在一定空间范围内“沧海横流”的状态，呈现出立体式的交叉式的无定形的流动，而不是沿着某根导线或某一平面传导式的流动。按照泄漏电流测量着眼点的不同，社会上有人将泄漏电流分为三类：①漏电电流经由电源线上的接地线流回大地的电流值。②是当人员触摸家用电器金属机壳时，经由人体流回大地的电流值。③对应用器件的泄漏电流是在应用器件之间或流向应用器件的电流值。对于空调产品的设计者，值得关注的是“对机壳的泄漏电流”，尤其是当用户电源插座中无地线或是假地线的情况，泄漏电流值越发显得重要。

依据IEC60335-1标准中给出的单相I类器具测量电路图，引入模拟人体网络电路；模拟从零火线经人体网络电路流经大地的电流。可以看到人体网络阻抗固定，则R(L-地)、R(N-地)绝缘性能（包含容抗和阻抗）足够好，泄流电流可以限制在一个安全值内。

2、 模拟人体网络

首先我们有必要对人体网络的情况进行了解，人体阻抗网络是用来模拟常规工作条件下电流流过人体时人体阻抗的电网络，对于各种电器的泄漏电流的测试，IEC 标准规定了不同的测试网络。在选用模拟网络时，主要考虑频率因素。随着频率的升高，同样大小的电流对人体的伤害相应的减小，所以高频时人体效应阈值会增大。人体本身对高频电流的效应可用频率因数K 表示，其意义是指引起同样人体生理效应的频率为f的电流阈值与50/60Hz的电流阈值之比。人体网络存在阻抗和容抗，对于高频的信号，随着频率越高人体对外的总阻抗将越来越小（漏电流很容易通过容抗路径）。而对于空调产品特别是变频产品，产生的高频信号比较多，对人相对越危险。

3、 测试分析

空调等类似电气结构的家电产品主要泄流部位有：压缩机、电机、主板，对比定频和变频空调产品的泄流值测试，随机抽取一台制冷量5KW定频移动机，测试整机泄流值为1500uA；单测电源线的线间绝缘泄流值为44.1uA；一台制冷量5KW变频柜机空调，测试整机泄流值为2349uA；单测电源线的线间绝缘泄流值为47.1uA，同冷量变频机泄流值要比定频机大很多。风机/压缩机的漆包线的绝缘是无法做到跟电源线内部L/N线与地线相间的线皮的绝缘程度，所以漆包线绝缘是产品的个绝缘薄弱点。压缩机除漆包线绝缘外，其接线端子L/N端子与地线端子的绝缘，还有绕组与地之间的冷媒也是绝缘薄弱点，压缩机端子下的玻璃体绝缘性能不好或玻璃体表面形成导电沟道，也可为泄漏电流提供路径。主板上特别是变频机，其为了EMC的符合要求，需要滤除共模干扰，在L/N对地之间接一个或多个Y电容，而如果漏电流的频率高于某个值是可以通过它流入地的，Y电容也是一个绝缘薄弱点。当然变频机主板带电铜箔或元件与地线之间会有耦合/寄生电容，跟Y电容的特性类似。

从上面分析知道，泄漏电流是分两部分，一部分是通过绝缘电阻的传导电流；另一部分是通过分布电容的位移电流。即整个产品的带电部位与地之间的等效绝缘电阻和分布电容是泄漏电流的全部传导途径。其实在其他条件相同的情况下，变频产品比定频产品泄流值要高。变频机中的逆变器会产生很多的高频信号，而这些高频信号能通过分布电容（Y电容、绕组和接地壳体之间的等效电容等）途径泄漏到地。

4、 减小泄漏电流的通用改善方法

改进方法就是一个字“堵”，即把整个产品的带电部位与地之间的等效绝缘电阻和分布电容的泄漏电流全部传导途径给堵死。一是对绝缘薄弱环节尽可能的在技术条件允许的范围内进行绝缘加强，例如压缩机厂家可对绕组进行浸漆处理，加厚电机槽绝缘材料，接线柱增加绝缘垫片，加强检验接线柱表面绝缘状态。二是减小带电部件与地线之间的分布电容，即主板上减少Y电容同时进行EMC测试合格。

5、 减小泄漏电流的新思路

从变频机的泄漏电流本质出发，在电路上增加相应泄漏电流补偿电路，使得变频机组的压缩机泄漏电流值达到一个极低的水平。当空调本身的阻抗绝缘性做得非常好，则变频机的带电部位与地之间的等效绝缘电阻的漏电流传导路径就堵死了，那么泄漏电流的传导路径就只剩下了分布电容这一条。而变频空调用的压缩机绕组是处在冷媒中，由于冷媒具有一定电容特性，同时与接地的外壳和铜管相连，电路上有高频信号时它的共模阻抗较小，所以说变频空调的分布电容就是冷媒。如果采用逆变器驱动压缩机时，在压缩机绕组和壳体间会产生高频的泄漏电流，此泄漏电流和逆变器的PWM输出同步，即频率相同。不同冷媒等效电容值不同，如果采用R410A冷媒，其等效电容值比Ｒ22要大，漏电流也越大。

通常补偿电路由共模电流传感器，三极管，电容构成。电流传感器检测压缩机的漏电流I1，当电流传感器检测到电流不相等，则会瞬间在三极管的控制电阻上形成相应极性的电压，对三极管进行开关动作，从而会产生极性相反大小相当的补偿电流I2抵消漏电流I1这样一来，就大幅的降低了接地的泄漏电流I3。通过让补偿电路动作，来自压缩机的漏电流I3可大约削减至接近于“0”的一个值。另外，漏电流补偿电路通过降低高频的共模电流，还可削减共模噪声，降低EMC噪声端子电压。

评估其电路难点，其最大的难点在硬件上面。共模电流传感器，其传感器的精度至少达到0.01mA级别，或者也可以在三极管的控制前端增加一个放大电路把电流传感器的电压信号放大到可以控制三极管的通断电压范围，但是要保证及时性。三极管开断相应的及时性，即开断延时不能大于某一个值，而这个值跟产品压缩机的PWM波的频率有关或者与其实际泄漏电流的频率有关，至少要小于其频率对应时间的一个数量级。电容容量值需要多次调试，且耐压等级要符合相应要求（直接与带电部件和地相连的元件）。

6、 总结

本文通过对泄漏电流的本质进行解析，同时指出变频/定频空调产品的泄漏电流薄弱点，针对薄弱点的常规的改善方法及引用新思路技术进行分析评估其操作难点，提供给空调产品设计人员设计建议，同时使产品检测人员更深的了解电气安全标准工作温度下的泄漏电流本质。

参考文献：

（1）IEC 60335-1-2013家用和类似用途电器的安全标准 第1部分：通用要求。

（2）IEC 60479-1:2005 《电流对人类和家畜的影响第1部分一般特性》。

（3）GB-T 12113-2003A1 接触电流和保护导体电流的测量方法。