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变频器在煤矿应用中的干扰问题及对策研究
作者：刘国彬 马怀利
来源：《中国科技纵横》2010年第16期
摘要:随着变频技术的日益发展和成熟,变频器在煤矿生产中的应用越来越多,但其对电子线路的干扰问题也十分突出。文章简要分析了变频器干扰来源和干扰途径,并提出了相应的对策措施。
关键词:变频器 干扰来源 途径 对策 1 前言
由于变频器具有节能及生产率高、维护性好等优点,使得变频器开始大量应用在煤矿生产中,但同时由其产生的干扰而导致部分电子线路不能正常工作的现象也时有发生,所以有必要讨论干扰问题的产生及对策方法。
2 变频器干扰的来源 2.1 来自外部电网的干扰
电网中存在大量谐波,如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备,非线形负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理,就会通过电网电源电路干扰变频器。 2.2 变频器自身对外部的干扰
变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,变频器的输入和输出电流中,除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外,还有许多频率很高的谐波成分,将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对变频器本身和其他设备的干扰信号。
3 变频器干扰的途径 3.1 电磁辐射
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变频器其输出的电压和电流的功率谱是离散的,并且带有与开关频率相应的高次谐波群,引起的辐射干扰问题相当突出。在煤矿井下生产用的变频器处于全封闭的金属外壳内,它通过空间向外辐射电磁波能量小,其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。 3.2 传导
变频器干扰除了通过与其相连的导线向外部发射,也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其他电路,与辐射干扰相比,其传播的路程可以很远。 3.3 感应耦合
感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波辐射能力相当有限,而该干扰源又不直接与其它导体连接,但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合,在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。
4 变频器抗干扰的对策措施
根据电磁性的基本原理,形成电磁干扰须具备三要素;电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。解决对策一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用正确安装、接地、屏蔽、滤波、隔离等方法。 4.1 正确安装
变频器属于精密的功率电力电子产品,其正确的安装可以保证变频器安全运行和减少不必要的辐射干扰。变频器安装要求较高,变频器不能安在经常发生振动的地方;不能安在电磁干扰源附近;不能安装在潮湿环境中;在设备排列布置时,应将变频器单独布置,尽量减少电磁辐射干扰,如受硐室空间的限制,不能单独布置时,应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开。 4.2 接地
实践证明,接地是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地可在很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。变频器本身有专用接地端子PE端,要与控制柜及电动机的外壳相连。 4.3 屏蔽
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屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄露。输出电缆最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号电缆尽可能短(一般为20米以内),且信号电缆采用双芯屏蔽,并与主电缆及控制回路完全分离,不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽层必须可靠接地。装有变频器的电控柜中,动力线和信号线应分开穿管走线。 4.4 滤波
在变频器的输入、输出端加装电感式磁环滤波器,减少电磁辐射和沿电源线馈入,抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。这种方式只对高次谐波有一定作用。 4.5 隔离
所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电的联系。如在变频器电源线上采用隔离变压器,尽量减少变频器与控制系统不必要的连线,都可以避免传导干扰;除了控制系统与变频器之间必须的控制线外,其他如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源,而部分生产厂家为了节省一个直流电源,往往用一个直流电源分别对两个系统供电,有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰,所以要求用两个直流电源分别对两个系统供电。通讯口与上位机相连一定要采用光电隔离的传输方式,以提高通信系统的抗干扰性能。 5 结语
随着新技术和新理论的不断应用,变频器技术会日益完善,加之我们在使用中采取有效的对策措施,一定能够解决变频器的干扰问题,从而使变频器在煤炭、化工、电力等各行业得到更广泛的应用。 参考文献
[1] 张燕宾 著.变频器调速应用与实践,机械工业出版社.