張來柱

（山西潞安集團(tuán)高河能源有限公司，山西 長治 046000）

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，變頻器技術(shù)也在飛速發(fā)展，變頻器調(diào)速技術(shù)已經(jīng)廣泛地被煤礦企業(yè)所采用。采用變頻技術(shù)在煤礦企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中，一方面可以提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，加快煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的步伐，另一方面可以提高煤礦設(shè)備的操控性能，還可以為煤礦企業(yè)節(jié)約大量的能源。但如果在變頻器的選型和維護(hù)上沒有科學(xué)的理論作指導(dǎo)，變頻器會(huì)很容易發(fā)生損壞，這樣不但會(huì)給煤礦企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)嚴(yán)重影響到煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。隨著煤礦企業(yè)機(jī)械化程度的逐步提高，變頻器在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣，同時(shí)也有越來越多的問題出現(xiàn)在變頻器的使用過程中，因此必須從煤礦應(yīng)用變頻器的實(shí)際情況出發(fā)，及時(shí)總結(jié)和歸納在煤礦安全生產(chǎn)中應(yīng)用變頻器應(yīng)注意的問題，并理論結(jié)合實(shí)踐提出一些相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)與傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的對(duì)比

交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速在過去是一項(xiàng)很難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，直流調(diào)速和機(jī)械調(diào)速是人們普遍采用的調(diào)速方式，但直流調(diào)速系統(tǒng)和機(jī)械調(diào)速的調(diào)速結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，不僅調(diào)速機(jī)體積和噪聲大，而且一旦出現(xiàn)故障也很難維修，電能的損耗量也比較大。比如，在對(duì)礦井提升設(shè)備進(jìn)行調(diào)速時(shí)，過去大多采用的是繞線異步電動(dòng)機(jī)串聯(lián)電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，此種調(diào)速系統(tǒng)具有很多缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)差功率在低速運(yùn)行時(shí)很大，這樣會(huì)消耗大量的能量；平滑的調(diào)速以及精準(zhǔn)的對(duì)罐效果在生產(chǎn)的過程中很難實(shí)現(xiàn)；控制電路繁雜落后且噪聲大，極易出現(xiàn)故障；在提升設(shè)備下落的過程中，發(fā)電狀態(tài)是電動(dòng)機(jī)所處的狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生電能的二次消耗。而在火車調(diào)車絞車調(diào)速方面過去大多采用減速機(jī)變速后，再無其他調(diào)速，調(diào)車絞車的速度是恒定不變的，無法實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。在調(diào)車絞車中如果采用變頻器，不但能節(jié)約大量的電能，而且整套調(diào)車絞車變頻操控系統(tǒng)體積小、重量輕、操作簡單方便。具體接線見下頁圖1。

火車調(diào)車絞車變頻器操控系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，應(yīng)用很小的電流就可以啟動(dòng)；可以把電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能大大提高，一方面它可以在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的情況下把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速任意的調(diào)整，另一方面它還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無極平滑調(diào)速；此調(diào)速系統(tǒng)可以很平穩(wěn)的運(yùn)行，并且?guī)缀鯖]有轉(zhuǎn)差沖擊；由于其反應(yīng)速度比較靈敏，對(duì)集中控制和系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)有很大的助益；由于其集信號(hào)處理、運(yùn)行控制、機(jī)械制動(dòng)、安全保護(hù)于一體，可以把設(shè)備的整體功能提高；簡便直觀的操作模式，便于電動(dòng)機(jī)的加減速控制，可以把電動(dòng)機(jī)的性能充分地發(fā)揮出來；在調(diào)運(yùn)火車車皮的過程中比較平穩(wěn)，不易掉道和發(fā)生鐵牛與車皮的嚴(yán)重碰撞現(xiàn)象；節(jié)能效果顯著，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)可節(jié)約30%～70%的電能［1］。

圖1 調(diào)車絞車變頻器接線圖

2 變頻器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問題

變頻器作為一種新型的機(jī)電節(jié)能設(shè)備，雖然其優(yōu)點(diǎn)諸多，但如果在實(shí)際的生產(chǎn)過程中選擇不科學(xué)、合理，會(huì)給后期的安全高效生產(chǎn)帶來很多問題，根據(jù)本人多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，建議在變頻器的選用上，對(duì)以下幾個(gè)問題應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

2.1 選型及負(fù)載匹配問題

選型應(yīng)注意的問題。所選變頻器的電壓等級(jí)要與變頻器所控制的電機(jī)電壓相符合；在變頻器的額定電流方面，選用的變頻器的額定電流最好為控制電機(jī)額定電流的1.1～3.0倍；對(duì)變頻器類型的選擇要根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性來選擇具體如下。

對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。比如說對(duì)于摩擦類負(fù)載，最好選用轉(zhuǎn)矩特性恒定，且起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、承受過載時(shí)間和能力都比較大的變頻器。對(duì)于位能式負(fù)載，由于在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及能量回饋方面要求都比較大，且對(duì)正反轉(zhuǎn)的快速實(shí)現(xiàn)要求也比較高，因此最好選用的變頻器具有四象限運(yùn)行能力。

對(duì)于分機(jī)、泵類負(fù)載。這類負(fù)載往往都是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在選用這類負(fù)載的變頻器時(shí)，選用經(jīng)濟(jì)、可靠的變頻器即可，但值得注意的是，由于這類變頻器當(dāng)輸出頻率提高到工頻以上時(shí)，常常會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)生過熱或不能運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，所以在變頻器工作的時(shí)候一定要讓其輸出頻率保持在工頻以下。

對(duì)于恒功率負(fù)載。恒功率負(fù)載主要指在功率保持恒定的情況下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比的負(fù)載。對(duì)于此類負(fù)載，當(dāng)其在大于工頻的頻率范圍內(nèi)運(yùn)作時(shí)，建議選用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)配通用變頻器，而當(dāng)恒功率負(fù)載在小于工頻的頻率范圍內(nèi)工作時(shí)，建議最好選用專用變頻器［2］。

2.2 工作環(huán)境

1）對(duì)工作溫度的要求。－10℃～50℃的溫度一般為變頻器的工作溫度要求，但為了保證工作的安全、可靠，建議采用40℃以下的工作環(huán)境溫度為益。

2）對(duì)腐蝕性氣體的要求。如果在高濃度的腐蝕性氣體的環(huán)境中使用變頻器時(shí)，建議在使用變頻器時(shí)，最好采用封閉式結(jié)構(gòu)的控制箱，并最好經(jīng)常進(jìn)行換氣處理，對(duì)于控制箱內(nèi)部的絕緣端子最好在上邊也涂刷一層絕緣漆來防止腐蝕氣體對(duì)變頻器的腐蝕。

對(duì)于在工作現(xiàn)場安裝變頻器時(shí)，最好應(yīng)注意：在工作現(xiàn)場安裝變頻器時(shí)，應(yīng)把變頻器安裝在控制柜內(nèi)；在控制柜內(nèi)安裝變頻器時(shí)，最好把中部作為變頻器的安裝位置，并且要垂直安裝變頻器，變頻器的正上方和正下方，最好不要安裝大元件以免阻擋變頻器的排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)；在控制柜內(nèi)安裝變頻器時(shí)，變頻器距離四周的距離最好應(yīng)大于300 mm，比如說變頻器邊緣距離控制柜頂部或底部，隔板等等部位的距離都應(yīng)該大于300 mm；如果在變頻器使用的過程中，遇到必須取掉鍵盤工作的情況，對(duì)變頻器面板的鍵盤孔一定要做特殊的處理，比如可以用膠帶密封鍵盤孔或采用相同形狀的假面板進(jìn)行替換，這樣可以很好地防止變頻器內(nèi)部進(jìn)入大量的粉塵；要定期維護(hù)和保養(yǎng)變頻器的內(nèi)部，對(duì)內(nèi)部進(jìn)入的粉塵要進(jìn)行及時(shí)清理。

2.3 變頻器的干擾問題

1）在用微機(jī)或PLC控制的系統(tǒng)中，如果需要應(yīng)用到變頻器，由于變頻器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)或輻射，所以一定要注意變頻器的干擾問題。

2）可以通過加裝EMI濾波器在微機(jī)控制板的輸入電源端，或者是加裝一些共模電感、高頻磁環(huán)等設(shè)備來防止變頻器對(duì)微機(jī)控制板的影響，這些設(shè)備不但成本較低，而且對(duì)傳導(dǎo)干擾的抑制效果也比較好［3］。

整流、逆變和濾波一般是通過變頻器的主電路組成形式，三相橋式不可控整流器一般為整流部分的主要采用的設(shè)備，一般采用大電容作為中間濾波部分的濾波器，逆變部分一般采用的則是IGBT三項(xiàng)橋式逆變器，PWM一般為其主要的輸入波形，輸出電壓中不僅含有基波，而且還含有大量的其他諧波，但電動(dòng)機(jī)的負(fù)載很容易受到較低次諧波的影響發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，較高次的諧波又會(huì)增加變頻器輸出電纜的漏電量，影響到電動(dòng)機(jī)的輸出力。因此，要抑制變頻器輸出的高、低次諧波，具體抑制方法可如下。

1）把變頻器供電電源內(nèi)的阻抗增大。一般情況下供電電源的內(nèi)阻抗越大，諧波含量會(huì)越小，而這種內(nèi)阻抗通常就是變壓器的短路阻抗，所以在選擇給變頻器提供電源的線路變壓器時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

2）安裝電抗器。在變頻的輸入或輸出端串接電抗器，來吸收諧波。

3）采用變壓器多相運(yùn)行。采用變壓器多相運(yùn)行，并且使相位角互差30°，可構(gòu)成12脈波的效果，可以使低次諧波電流減小，達(dá)到抑制諧波的目的。

3 結(jié)語

隨著變頻器在煤礦安全生產(chǎn)中越來越廣泛被應(yīng)用，它所出現(xiàn)的問題也會(huì)越來越多，希望通過本文的簡單分析，大家能夠?qū)W到變頻器在煤礦安全生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的一些問題，使變頻器能夠更安全，高效地為煤礦生產(chǎn)服務(wù)。

［1］ 朱新國.變頻器使用中的諧波干擾及抑制策略［J］.北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，15（3）：120-124.

［2］ 杜文蛟.通用變頻器應(yīng)用中的諧波問題及其應(yīng)對(duì)措施［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012，35（7）：52-54.

［3］ 朱晶波，張慶玲.變頻器的諧波干擾與抑制問題的探討［J］.電子制作，2012.20（12）：142.