淺談變頻器在煤礦井下應(yīng)用中存在的問題及解決措施

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 明習(xí)鳳

引言

變頻器已經(jīng)成為煤礦井下設(shè)備的必須，并且使用也變得越來越廣泛，為煤礦井下作業(yè)帶來了巨大提升，但對(duì)于變頻器仍存在的問題，還需要進(jìn)行分析和解決。

1 現(xiàn)階段仍存在的問題

1.1 電磁干擾問題

1)其他設(shè)備會(huì)對(duì)變頻器進(jìn)行干擾

當(dāng)其他設(shè)備運(yùn)行時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，電磁輻將會(huì)成為干擾信號(hào)，然變頻器無法正常工作。干擾信號(hào)通過電源線或者是輻射的方式侵入變頻器，對(duì)變頻器產(chǎn)生影響，變頻器的控制回路會(huì)因此發(fā)生誤動(dòng)作，從而引發(fā)工作不正常，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)，并損壞其他的變頻器。

2)變頻器對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾

在工作時(shí)，變頻器會(huì)進(jìn)行大量的變頻、整流操作，電路變化會(huì)引發(fā)周圍的磁場(chǎng)變化，最終產(chǎn)生電磁波。產(chǎn)生的電磁波頻率很高，因?yàn)樽冾l器工作在很高的頻度下。這些高頻電磁波，會(huì)對(duì)變頻器周圍的儀表進(jìn)行干擾，致使儀表工作不正常，并且，還會(huì)再產(chǎn)生高次諧波，通過供電回路，高次諧波將影響其他設(shè)備的正常工作。

1.2 欠壓停機(jī)

對(duì)井下進(jìn)行供電時(shí)，井下的大型設(shè)備一般公用一條高壓線路。當(dāng)功率較大的大型設(shè)備直接起動(dòng)，會(huì)讓電流增大，從而使得整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓出現(xiàn)下降，變頻器會(huì)在這種時(shí)候無法正常工作，發(fā)生停機(jī)，這就是欠壓故障。

2 對(duì)問題進(jìn)行解決的總體方式

2.1 對(duì)電網(wǎng)污染的消除措施

變頻器會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成污染，為了確保電路可以正常運(yùn)行，可以通過移向繞組法，并且通過整流器變壓，來對(duì)諧波所產(chǎn)生的危害進(jìn)行降低和消除。這種方法的工作原理是：利用高壓變頻器與電網(wǎng)相連一側(cè)通常會(huì)安裝的整流變壓器，使用二次側(cè)向位移法，消除輸入到電網(wǎng)中的諧波。使用PWM法，也可以消除電網(wǎng)污染：這是一種廣泛使用在中小功率中的技術(shù)，在變頻器的整流環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)中，用相同的控制電路和電路，將可控器件加入整流回路，從而可以對(duì)變頻器的整流側(cè)進(jìn)行PWM控制，PWM技術(shù)可以改變輸出的波形，讓輸出的波形始終是正弦波，以此將諧波的影響進(jìn)行消除。

2.2 抗電磁干擾

2.2.1 進(jìn)行空間上的隔離

所謂空間隔離法，就是字面上的意思，通過在空間上對(duì)容易纏上干擾的設(shè)備進(jìn)行隔離，即使電磁干擾源產(chǎn)生了干擾信號(hào)，也會(huì)因?yàn)閭鬏斶^程中的隔離而降低，其他設(shè)備受到的干擾會(huì)減小?？臻g隔離法是一種有效并且成本比較低的抗干擾方式，但這種方式也并不是完美的。空間是否足夠，決定著空間隔離是否可以實(shí)施，對(duì)于空間比較狹小的工作場(chǎng)地而言，采用這種方法，并不能對(duì)干擾進(jìn)行有效的隔離。所以，要根據(jù)合礦井下的空間資源情況，盡可能對(duì)設(shè)備進(jìn)行精心的布置和安排，把不易受到變頻器干擾的設(shè)備，比如動(dòng)力配電柜，放在設(shè)備們的中間，將容易成為干擾源和容易受到干擾的設(shè)備分開防止。

2.2.2 對(duì)干擾進(jìn)行屏蔽

金屬殼可以對(duì)電磁波進(jìn)行評(píng)比，也可以用金屬殼來屏蔽變頻器。使用的方式是，將變頻器封閉在金屬殼里，同時(shí)將金屬殼接地，進(jìn)而達(dá)到控制變頻器對(duì)外部的輻射量這一目的，從而避免了對(duì)電子線路和其他的設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾。在實(shí)際的操作工程中，變頻器中有大量的微處理器，這些微處理器，經(jīng)常會(huì)干擾變頻器的其他組件，引發(fā)變頻器的工作錯(cuò)誤，讓整個(gè)線路無法正常工作?？梢栽陔娎|線路中安裝屏蔽線或者屏蔽層，從而加強(qiáng)對(duì)整個(gè)電纜線路的控制；連接線路時(shí)，要注意保證電路公共端連接上變頻器的一側(cè)，并防止公共端與變頻器接地端出現(xiàn)直接相連，也不能直接接地，并保證屏蔽層另一端懸空。

2.2.3 用濾波器減少電纜的干擾

1.3 地質(zhì)背景 園區(qū)地處強(qiáng)烈隆升的青藏高原內(nèi)陸腹地、我國一級(jí)地貌單元前緣帶內(nèi)。受祁昌、河西系兩大構(gòu)造體系的復(fù)合迭加及后期燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的活躍及其晚近期不均勻振蕩運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的加劇，尤其是共和運(yùn)動(dòng)以來，黃河溯源侵蝕呈近東西向切李家峽、松壩峽而過，構(gòu)成了園區(qū)一定范圍內(nèi)北部為侵蝕切割的黃河峽谷和南部為坎布拉構(gòu)造侵蝕山地地貌景觀。

屏蔽電纜可以屏蔽變頻器所產(chǎn)生的噪聲，降低變頻器對(duì)其他設(shè)備的干擾。電纜線路中，將屏蔽電纜完全地應(yīng)用到動(dòng)力線和控制線當(dāng)中，進(jìn)行布線時(shí)，條件允許的情況下，要優(yōu)先使用品行布線；保持電纜的間距足夠，從而用距離減小線路之間的電磁干擾，線路之間的距離要在200毫米以上，如果空間不夠，距離小于200毫米，則必須放置擋板，來對(duì)干擾進(jìn)行屏蔽。

安裝EMI濾波器和高頻磁環(huán)在PLC輸入電源或者微機(jī)控制板出，或者在變頻器設(shè)置EMI濾波器，能夠降低工作時(shí)變頻器產(chǎn)生的電磁波，對(duì)因諧波產(chǎn)生的干擾，也能起到削弱租用。

通過提升變頻器的功率因數(shù)，也可以降低諧波污染。采用這樣的方法，需要在變頻器上安裝滯留電抗器L1、L2，如果變頻器的最大距離超過一百米，那么還需要加裝電抗器L3。為了減少外部環(huán)境所造成的干擾，需要降低變頻器對(duì)漏電保護(hù)輻射的干擾。解決這樣的問題，可以選擇光管穿線法或使用屏蔽電纜，但是，使用這種方法減少干擾，極有可能出現(xiàn)過流問題，未解決這種問題體，要在電路中增加交流電抗器L3的使用。

2.3 解決變頻器的散熱問題

在礦井下對(duì)變頻器進(jìn)行使用時(shí)，變頻器會(huì)受到設(shè)備性質(zhì)和井下環(huán)境的影響，這里面就包括因?yàn)樯岵粔虺浞?，?dǎo)致溫度過高而造成的變頻器工作效果受到影響。為了保證變頻器的正常工作，同時(shí)為了保證其他設(shè)備的工作正常，保持變頻器在正常的工作溫度下，是一個(gè)必要的條件。也可以在變頻器的內(nèi)部，安裝槍冷風(fēng)扇，保證變頻器的空氣流通。

3 變頻器在煤礦井下存在問題的具體解決方法

前文的分析，已經(jīng)給出了一定的處理方法，解決變頻器在煤礦井下使用的問題，但是并不夠全面。這一節(jié)所給出的解決方案是在實(shí)際操作中總結(jié)出來的，針對(duì)每以個(gè)問題，都列出了數(shù)個(gè)相應(yīng)的解決方法，一些方法可能在前文中出現(xiàn)過，當(dāng)時(shí)更加具體。

3.1 電磁干擾問題的解決

3.1.1 減少其他設(shè)備對(duì)變頻器的干擾

1)在變頻器的輸入一側(cè)，安裝電感和電容，即設(shè)置一個(gè)LC濾波網(wǎng)絡(luò)，過濾對(duì)變頻器的干擾。

2)盡量使用單獨(dú)變壓器，對(duì)變頻器的電路進(jìn)行單獨(dú)變壓。

3)在連接線較長的情況下，并且使用了外部開關(guān)控制端子控制電纜路，必須用屏蔽電纜。若控制線路和主回路電源都在地溝中埋設(shè)，此時(shí)不僅要用屏蔽電纜對(duì)控制線進(jìn)行布置，還需要對(duì)主電路進(jìn)行鋼管屏蔽穿線處理，以削弱線路接線彼此產(chǎn)生的變頻干擾，減少誤動(dòng)作的產(chǎn)生。

4)如果使用外部模擬量控制端子控制電路，并且變頻器在一米以內(nèi)連接了線路，那么除了需要在連接線路時(shí)使用屏蔽電纜，還需要讓變頻器的一側(cè)接地；線路比較長、現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重時(shí)，需要把DC/DC隔離模塊在變頻器一側(cè)加裝。

5)控制電路若使用的是外部通信控制端子，可以接地變頻器側(cè)的屏蔽層，并使用屏蔽雙絞線。對(duì)干擾非常嚴(yán)重的情況，可以議將屏蔽層的控制電源接地。如果是用的通訊方式是RS232，要對(duì)控制線路的長度加以限制，不得在15米以上，在實(shí)際制置時(shí)，如果必須用較長的控制線，則要對(duì)通信的波特率進(jìn)行降低，比如當(dāng)控制線路在一百米左右時(shí)，就要在600bps以下的波特率進(jìn)行正常通信。

6)把防止沖擊電壓的吸收裝置加裝在變頻器附近每一個(gè)控制器、繼電器的控制線圈上，同時(shí)，要保注意制回路的配線距離，不能因?yàn)槠涮L，造成與主回路相互分離，比如，RC浪涌吸收器的連接線，不能超過200mm。變頻器中，控制回路配線的絞合距離要超過15毫米，控制回路和主回路要有超過100毫米的距離。當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)的距離超過一百米是時(shí)，為了補(bǔ)償因距離導(dǎo)線過長而產(chǎn)生的分布電容充電電流，在變頻器上需要加裝輸出電抗器。同時(shí)，使用橫截面積較大的導(dǎo)線，使電路降壓低于2%。必須按照規(guī)定，對(duì)變頻器的接地端子接地，并且，為保證接地點(diǎn)的可靠，變頻器不能跟電焊機(jī)、動(dòng)力線公用同一個(gè)接地點(diǎn)。最后，為了減少高次諧波輸入到電源電子設(shè)備產(chǎn)生噪聲影響，可以將無線點(diǎn)噪聲濾波器加裝變頻器的輸入端。

3.1.2 減少變頻器對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾的方法

1)變頻器通常都有段速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以在使用模擬控制的情況下，仍然正常工作，所以在設(shè)計(jì)變頻器控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該減少對(duì)模擬控制的使用，尤其對(duì)于跨控制箱安裝，控制距離高于1米的情況。若因?yàn)闂l件原因，必須進(jìn)行模擬控制，必須使用屏蔽電纜，傳感器或變頻器側(cè)必須接地。

2)一些強(qiáng)電控制器比如電機(jī)，必須通過接地匯流排是接地線得以可靠接地；如果干擾十分嚴(yán)重，接地干擾問題也要考慮到，通過傳感器、I/O接口的屏蔽層需要與控制板控制地接地相連，減小接地干擾。

3.2 欠壓停機(jī)問題的解決方法

1)對(duì)于解決欠壓停機(jī)問題，可以把大型設(shè)備分別接在不同的線路上，而不是采用一條高壓線路對(duì)所有大型設(shè)備進(jìn)行電力輸送，這樣可以降低高下線路上大功率設(shè)備起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓降。

2)現(xiàn)在的井下大型機(jī)械，在起動(dòng)時(shí)很多都是直接起動(dòng)，可以采用軟起動(dòng)控制方式，保證整個(gè)電網(wǎng)負(fù)載的平滑啟動(dòng)，降低在起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響。

3)用單獨(dú)的變壓器對(duì)采用了變頻器的設(shè)備進(jìn)行供電，而不是與其他設(shè)備公用變壓器。這樣做可以讓變頻器對(duì)總線的干擾降低，其他設(shè)備的供電受變頻器的干擾。

3.3 電抗器發(fā)熱問題

1)電抗器不能與變頻器放置在同一個(gè)箱體之中，必須把電抗器進(jìn)行單獨(dú)的放置，否則，電抗器的熱耗散，會(huì)讓變頻器箱體內(nèi)部的溫度升高，高溫導(dǎo)致變頻器的使用壽命降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)闇囟冗^高損壞變頻器。

2)在通風(fēng)良好的地方，對(duì)電抗器進(jìn)行安裝，保證電抗器能夠正常降溫。

3)通過加裝散熱板，使電抗器的貼心與電抗器的防爆外殼相連，對(duì)電抗器外殼散熱片進(jìn)行加大。

4 結(jié)束語

技術(shù)的進(jìn)步，促使變頻器的技術(shù)水平提升，變頻器的提升，也使煤礦井下效率得到了巨大進(jìn)步。但由于變頻器一直在釋放電磁干擾，會(huì)讓井下線路作誤動(dòng)作，所以在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，變頻器仍然還有很多問題需要解決。這篇文章所給出的方法， 都經(jīng)過時(shí)實(shí)際的檢驗(yàn)，可以直接進(jìn)行使用，能夠?qū)γ旱V井下工作帶來幫助。

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