煤礦安全生產中運用變頻器應注意的問題

張來柱

（山西潞安集團高河能源有限公司，山西 長治 046000）

引言

隨著社會的發展，科技的進步，變頻器技術也在飛速發展，變頻器調速技術已經廣泛地被煤礦企業所采用。采用變頻技術在煤礦企業的實際生產中，一方面可以提高煤礦企業的生產效率，加快煤礦企業實現生產自動化的步伐，另一方面可以提高煤礦設備的操控性能，還可以為煤礦企業節約大量的能源。但如果在變頻器的選型和維護上沒有科學的理論作指導，變頻器會很容易發生損壞，這樣不但會給煤礦企業造成一定的經濟損失，而且還會嚴重影響到煤礦企業的安全生產。隨著煤礦企業機械化程度的逐步提高，變頻器在煤礦企業中的應用也越來越廣，同時也有越來越多的問題出現在變頻器的使用過程中，因此必須從煤礦應用變頻器的實際情況出發，及時總結和歸納在煤礦安全生產中應用變頻器應注意的問題，并理論結合實踐提出一些相應的改進措施和建議。

1 變頻調速系統與傳統調速系統的對比

交流電動機調速在過去是一項很難實現的技術，直流調速和機械調速是人們普遍采用的調速方式，但直流調速系統和機械調速的調速結構都比較復雜，不僅調速機體積和噪聲大，而且一旦出現故障也很難維修，電能的損耗量也比較大。比如，在對礦井提升設備進行調速時，過去大多采用的是繞線異步電動機串聯電阻來實現調速的，此種調速系統具有很多缺點：轉差功率在低速運行時很大，這樣會消耗大量的能量；平滑的調速以及精準的對罐效果在生產的過程中很難實現；控制電路繁雜落后且噪聲大，極易出現故障；在提升設備下落的過程中，發電狀態是電動機所處的狀態，會產生電能的二次消耗。而在火車調車絞車調速方面過去大多采用減速機變速后，再無其他調速，調車絞車的速度是恒定不變的，無法實現無極調速。在調車絞車中如果采用變頻器，不但能節約大量的電能，而且整套調車絞車變頻操控系統體積小、重量輕、操作簡單方便。具體接線見下頁圖1。

火車調車絞車變頻器操控系統的技術優勢主要表現在以下幾個方面：電動機可以實現軟啟動，應用很小的電流就可以啟動；可以把電動機的啟動性能大大提高，一方面它可以在靜態或動態的情況下把電動機的轉速任意的調整，另一方面它還可以實現電動機的無極平滑調速；此調速系統可以很平穩的運行，并且幾乎沒有轉差沖擊；由于其反應速度比較靈敏，對集中控制和系統集成的實現有很大的助益；由于其集信號處理、運行控制、機械制動、安全保護于一體，可以把設備的整體功能提高；簡便直觀的操作模式，便于電動機的加減速控制，可以把電動機的性能充分地發揮出來；在調運火車車皮的過程中比較平穩，不易掉道和發生鐵牛與車皮的嚴重碰撞現象；節能效果顯著，據有關部門統計可節約30%～70%的電能［1］。

圖1 調車絞車變頻器接線圖

2 變頻器在應用時應注意的問題

變頻器作為一種新型的機電節能設備，雖然其優點諸多，但如果在實際的生產過程中選擇不科學、合理，會給后期的安全高效生產帶來很多問題，根據本人多年的實際工作經驗，建議在變頻器的選用上，對以下幾個問題應重點關注。

2.1 選型及負載匹配問題

選型應注意的問題。所選變頻器的電壓等級要與變頻器所控制的電機電壓相符合；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額定電流的1.1～3.0倍；對變頻器類型的選擇要根據被控設備的負載特性來選擇具體如下。

對于恒轉矩的負載。比如說對于摩擦類負載，最好選用轉矩特性恒定，且起動和制動轉矩大、承受過載時間和能力都比較大的變頻器。對于位能式負載，由于在起動轉矩以及能量回饋方面要求都比較大，且對正反轉的快速實現要求也比較高，因此最好選用的變頻器具有四象限運行能力。

對于分機、泵類負載。這類負載往往都是平方轉矩負載，在選用這類負載的變頻器時，選用經濟、可靠的變頻器即可，但值得注意的是，由于這類變頻器當輸出頻率提高到工頻以上時，常常會使電動機發生過熱或不能運轉的現象，所以在變頻器工作的時候一定要讓其輸出頻率保持在工頻以下。

對于恒功率負載。恒功率負載主要指在功率保持恒定的情況下，轉矩與轉速成反比的負載。對于此類負載，當其在大于工頻的頻率范圍內運作時，建議選用標準電動機配通用變頻器，而當恒功率負載在小于工頻的頻率范圍內工作時，建議最好選用專用變頻器［2］。

2.2 工作環境

1）對工作溫度的要求。－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℃以下的工作環境溫度為益。

2）對腐蝕性氣體的要求。如果在高濃度的腐蝕性氣體的環境中使用變頻器時，建議在使用變頻器時，最好采用封閉式結構的控制箱，并最好經常進行換氣處理，對于控制箱內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變頻器的腐蝕。

對于在工作現場安裝變頻器時，最好應注意：在工作現場安裝變頻器時，應把變頻器安裝在控制柜內；在控制柜內安裝變頻器時，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和進風；在控制柜內安裝變頻器時，變頻器距離四周的距離最好應大于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行替換，這樣可以很好地防止變頻器內部進入大量的粉塵；要定期維護和保養變頻器的內部，對內部進入的粉塵要進行及時清理。

2.3 變頻器的干擾問題

1）在用微機或PLC控制的系統中，如果需要應用到變頻器，由于變頻器在工作時會產生大量的傳導或輻射，所以一定要注意變頻器的干擾問題。

2）可以通過加裝EMI濾波器在微機控制板的輸入電源端，或者是加裝一些共模電感、高頻磁環等設備來防止變頻器對微機控制板的影響，這些設備不但成本較低，而且對傳導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，但電動機的負載很容易受到較低次諧波的影響發生轉矩脈動，較高次的諧波又會增加變頻器輸出電纜的漏電量，影響到電動機的輸出力。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的阻抗增大。一般情況下供電電源的內阻抗越大，諧波含量會越小，而這種內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，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）采用變壓器多相運行。采用變壓器多相運行，并且使相位角互差30°，可構成12脈波的效果，可以使低次諧波電流減小，達到抑制諧波的目的。

3 結語

隨著變頻器在煤礦安全生產中越來越廣泛被應用，它所出現的問題也會越來越多，希望通過本文的簡單分析，大家能夠學到變頻器在煤礦安全生產中應用時應注意的一些問題，使變頻器能夠更安全，高效地為煤礦生產服務。

［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校學報（自然科學版），2012，15（3）：120-124.

［2］ 杜文蛟.通用變頻器應用中的諧波問題及其應對措施［J］.農業科技與裝備，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.