礦用變頻器在應(yīng)用中存在的問題及改進(jìn)措施

蘇 暢，孟憲偉

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

1 礦用變頻器在使用過程中存在的主要問題

在煤礦機(jī)電設(shè)備中，最為重要的組成部分之一就是變頻器。其中，礦用變頻器的主要構(gòu)建為微處理單元、檢測裝置以及驅(qū)動裝置、制動裝置和濾波器、整流器等。礦用變頻器的工作原理是通過對內(nèi)部的IGBT的開斷進(jìn)行利用，對電壓和電源的輸出頻率進(jìn)行改變，從而達(dá)到對機(jī)電設(shè)備的過載、過壓和過流進(jìn)行保護(hù)的目的。但是礦用變頻器在投入使用的過程中，因?yàn)榉N種原因，不可避免的存在各項(xiàng)問題，例如欠壓、電磁干擾等。這些因素都會在一定程度上提升變頻器故障概率，嚴(yán)重情況還會對煤礦機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行造成影響。下面將對主要存在的問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

首先是電磁干擾。位于變頻器周圍的各項(xiàng)設(shè)備在運(yùn)行的過程當(dāng)中，會有較大的電磁輻射產(chǎn)生，而變頻器的正常使用會受到這些電磁輻射的干擾，具體故障的現(xiàn)象就是變頻器停機(jī)或者變頻器誤動。

另外，當(dāng)變頻器處于運(yùn)動狀態(tài)的過程中，變頻器的整流以及變頻等情況受負(fù)荷大小直接影響的，因此當(dāng)負(fù)荷大小在不斷變化的時候，變頻器的頻率也會隨之進(jìn)行改變，這就導(dǎo)致變頻器周圍有磁場產(chǎn)生。而磁場對變頻器造成影響，從而產(chǎn)生了電磁波，最終影響到變頻器周圍的儀表正常運(yùn)行[1]。

其次是欠壓停機(jī)。礦井在生產(chǎn)的過程中對高壓線路的使用是比較少的，因此礦井下的大型設(shè)備在大多數(shù)情況下只能夠用一條高壓線路。一旦開啟大功率設(shè)備，就會使得電纜中的電流突然增大。這樣的情況極易造成供電線路出現(xiàn)電壓降，而當(dāng)電壓因大幅度下降而不夠的時候，就會對變頻器的正常使用造成影響。

然后是電磁諧波不穩(wěn)定。變頻器所產(chǎn)生的高次諧波是根據(jù)高壓供電過程中所輸出的電壓而決定，輸出不同數(shù)值的電壓，高次諧波產(chǎn)生的頻率也不一樣。需要明白的是電網(wǎng)波動是受高次諧波影響，高次諧波的頻率不穩(wěn)定，會對電網(wǎng)供電電壓的穩(wěn)定性造成影響，從而使機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)超壓、欠壓的現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會燒毀機(jī)電設(shè)備，對機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行和高效運(yùn)轉(zhuǎn)造成極其不利的影響。

最后是變頻器散熱不足。礦用變頻器在進(jìn)行使用的過程中，功耗非常小，一般情況下僅占據(jù)了總?cè)萘康?%，整流回路占據(jù)了40%，逆變占據(jù)45%，控制和保護(hù)電流占據(jù)了10%。通過對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析我們發(fā)現(xiàn)，變頻器穩(wěn)定性最佳的狀態(tài)是溫度低于10%。礦井內(nèi)部的通風(fēng)條件較為惡劣，而礦用變頻器受到負(fù)荷以及運(yùn)行周期的影響，溫度在絕大多數(shù)情況下都是高于10%，一般情況維持在30～50℃，并且受實(shí)際環(huán)境的影響，散熱效果及其不佳。以上情況都會對變頻器的使用壽命造成影響[2]。

2 礦用變頻器運(yùn)行中問題的解決措施

針對電磁干擾的處理，處理的方式主要有以下幾種，分別是對電壓降進(jìn)行控制、安裝濾波器以及對干擾源進(jìn)行屏蔽和空間隔離法等。

2.1 電磁干擾處理

首先是對電壓降進(jìn)行控制。針對這一問題的具體解決方法是將變頻器的控制器加裝電壓吸收裝置，然后要做的是合理規(guī)劃配線舉例。當(dāng)電動機(jī)的距離與變頻器的距離超過正常值的時候（一般情況為100米），就需要對線纜的長度進(jìn)行彌補(bǔ)，這時候在變頻器上加裝電抗器就是不錯的選擇。另外為了較好地對電壓降進(jìn)行控制，還可以使用橫截面較大的線纜。對接地?zé)o干擾這一點(diǎn)也非常重要，因此變頻器不能與動力線纜以及其他相關(guān)設(shè)備放在一起。

其次是濾波器的安裝。為了對變頻器產(chǎn)生地高次諧波進(jìn)行減弱，可以在微機(jī)控制板上或者變頻器PLC輸入電源上安裝EMI濾波器或者高頻磁環(huán)。與此同時還可以將直流電抗器按章在變頻器上，讓變頻器的功率因素得到提升，降低諧波造成的干擾。

然后是對干擾源進(jìn)行屏蔽。變頻器外部輻射量的控制可以通過在其外部安裝金屬外殼進(jìn)行抑制。需要做的是在變頻器線纜中對屏蔽層進(jìn)行安裝，這樣能夠很好地防止變頻器內(nèi)微處理器對變頻器所造成干擾，如果沒有做好處理，則極有可能對整個線路的正常工作造成影響。

最后是空間隔離法。將受到電網(wǎng)干擾的設(shè)備在空間上進(jìn)行隔離，可以對干擾源對設(shè)備的干擾性進(jìn)行有效降低，從而達(dá)到對干擾進(jìn)行隔離的目的。但是空間隔離法也有一定的局限性，那就是必須保障空間足夠大，如果空間過小，則不能起到較好的效果。因此在采用該方式進(jìn)行解決之前，應(yīng)該先規(guī)劃設(shè)備的布局。

2.2 欠壓停機(jī)處理措施

使用變頻器的用電設(shè)備在對其進(jìn)行供電的時候，應(yīng)該使用單獨(dú)的變壓器，以減少公用變壓器對電纜的干擾。需要注意的是，井下的大功率用電器是直接啟動的，因此在使用大功率用電器的會后，會對電網(wǎng)的波動造成較大的影響，針對這一情況，為了讓電網(wǎng)供電的持續(xù)性和穩(wěn)定性得到保障，可以采用軟啟動的方式控制設(shè)備。如果需要使用大型設(shè)備，為了確保電壓穩(wěn)定，可以用不同的高壓線纜對其進(jìn)行供電[3]。

2.3 電網(wǎng)污染處理措施

電網(wǎng)系統(tǒng)的污染主要是由變頻器所產(chǎn)生的電網(wǎng)諧波造成，為了將諧波對電網(wǎng)造成的污染進(jìn)一步消除，可以采用移相繞組法和整流變壓器進(jìn)行解決。其工作原理是高壓變頻器與電網(wǎng)相連接的一側(cè)都會對整流變壓器進(jìn)行安裝，利用側(cè)向位移法可以有效消除諧波所產(chǎn)生的影響。除此之外，消除電網(wǎng)污染，還可以利用PWN法進(jìn)行。這里需要注意的是PWN法地適用情況，該方法主要適用于功率較小的點(diǎn)，通過整流環(huán)節(jié)以及逆變環(huán)節(jié)之后，在電網(wǎng)的整個回路之中加入控制元件，再利用PWN技術(shù)對電網(wǎng)波形進(jìn)行改變，從而達(dá)到消除諧波的目的。

2.4 變頻器發(fā)熱的處理措施

如果電抗器在工作的過程中產(chǎn)生了較大的熱量，就會使熱量向變頻器機(jī)芯傳遞，而變頻器在接收了較多的熱量之后，非常容易造成設(shè)備老化或者停機(jī)等問題的發(fā)生。所以在進(jìn)行安裝的時候，應(yīng)該將二者在不同的空間上進(jìn)行安裝，另外還應(yīng)該對變頻器的外殼加裝散熱板，增加變頻器的散熱面積。

變頻器在工作的過程中，主要熱源的產(chǎn)生部分是回路中的逆變和整流部分，因此可以將逆變部分和整流部分進(jìn)行單獨(dú)安裝，一般情況下可以選用銅鋁材質(zhì)為基板，然后再在其背面對隔爆風(fēng)機(jī)和熱管散熱器進(jìn)行安裝，直接排出變頻器工作中所產(chǎn)生的熱量[4]。

3 結(jié) 語

綜上所述，礦用變頻器在使用過程中所產(chǎn)生的一系列問題都是可以避免和解決的，這些針對性的解決措施能夠讓礦用變頻器的高效運(yùn)轉(zhuǎn)和安全運(yùn)轉(zhuǎn)得到進(jìn)一步的保障，從而使礦用變頻器發(fā)生故障的頻率大大降低，減少變頻器因各種原因造成設(shè)備嚴(yán)重老化的現(xiàn)象，讓礦用變頻器的使用壽命得到有效延長，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。