矿用隔爆变频器的谐波干扰与抑制.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 收稿日期 2007Ο03Ο14 作者简介郝文清1976 - ,男,山西襄垣人,助理工程师,从事机电技术管理工作。 矿用隔爆变频器的谐波干扰与抑制 郝文清 潞安环能股份公司 王庄煤矿,山西 长治 046031 摘 要矿用隔爆变频器在进行大功率二极管整流、 大功率晶体管逆变的过程中,会在输入输出回路中产 生电流高次谐波,进而会干扰供电系统、 负载及其他邻近电气设备。在实际使用过程中,经常也遇到变频 器谐波干扰问题,文章介绍矿用隔爆变频器的组成、 主回路及变频器谐波产生的机理、 传播途径及有效抑 制干扰的方法。 关键词矿用隔爆变频器;谐波干扰;傅立叶级数; PWM变频器 中图分类号 T M43 文献标识码B 文章编号 1005Ο27982007 07Ο0047Ο02 1 矿用隔爆变频器的组成 矿用隔爆变频器组成框图如图1,变频器是由 主回路和控制回路两大部分组成。变频器的主回路 组成,见图2。主回路由整流器整流模块、 滤波器 滤波电容和逆变器大功率晶体管模块三个部 件构成;控制回路则由单片机或可编程控制器、 驱动电路和光电隔离电路构成。逆变器可由不同器 件做成,如高频变频器用大功率MOS晶体管,大容 量变频器用GTO晶体管,中小型变频器用IGBT晶 体管等。 图1 矿用变频器组成 图2 矿用变频器的主回路组成 2 矿用变频器的基本类型 2. 1 PAM变频器 PAM Pulse AmplitudeModulation,脉幅调制变 频器方式是一种改变电压源的电压Ud或电流源的 电流Id的幅值进行输出控制的方式,因此,在逆变 器部分只控制频率,整流器部分则控制输出电压或 电流。 2. 2 PWM变频器 PWM Pulse W idth Modulation,脉宽调制方式 是在变频器输出波形的一个周期中产生多个脉冲, 其等值电压为正弦波,波形平滑且谐波少。 晶闸管逆变器的元件换流时间需要数百微秒, 故开关频率低,难以实现PWM控制,常采用PAM 方式。使用自关断器件的IGBT、GTO等逆变器,因 其开关频率高,一般采用PWM方式,其整流部分用 二极管桥式整流即可,简化了一个功率级可控环节。 3 矿用变频器谐波产生机理 矿用变频器的主电路一般为交 直 交组成, 外部输入660 V /50 Hz的工频电源经三相桥路不可 控整流成直流电压信号,经滤波电容滤波及大功率 晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整 流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形 按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,其中的高次 谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中,输 出电流信号是受P WM载波信号调制的脉冲波形, 对于GTR大功率逆变元件,其PWM的载波频率为 2～3 kHz,而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载 频可达15 kHz。同样,输出回路电流信号也可分解 为只含正弦波的基波和其他各次谐波,而高次谐波 74 问题探讨 总第93期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 电流对负载直接干扰,另外,高次谐波电流还通过电 缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。 4 抑制矿用变频器谐波干扰常用的方法 谐波的传播途径是传导和辐射,解决传导干扰 主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离; 解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏 蔽。具体常用方法 1 变频系统的供电电源与其他设备的供电 电源相互独立,或在变频器和其他用电设备的输入 侧安装隔离变压器,切断谐波电流。 2 在变频器输入侧与输出侧串接合适的电 抗器,或安装谐波滤波器,滤波器的组成必须是LC 型,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗,达到抑制谐 波的目的。 3 电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设 或用铠装电缆,并与其他弱电信号在不同的电缆沟 分别敷设,避免辐射干扰。 4 信号线采用屏蔽线和双绞线达到提高抗 噪声水平的目的,且布线时与变频器主回路控制线 错开一定距离至少20 cm以上 , 切断辐射干扰。 5 变频器使用专用接地线,且用粗短线接 地,邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分 开,使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设 备的辐射干扰。 5 抑制矿用变频器谐波干扰实例 例1王庄矿740 m水平1 胶带机头使用两台 唐山开诚电气有限公司的ZJT - 30型隔爆兼本安智 能变频调速器,开始,两台变频器的控制系统在同一 防爆柜体内,变频器调频方式均为端子电位器调节 方式,当运行某一台变频器时,工作正常,可是当两 台同时运行时,频率却互相干扰,即调节一台变频器 的电位器对另一台变频器的频率有影响,反过来也 一样。 起初,认为是电位器及控制线故障,后排除了这 种可能,进而断定是谐波干扰引起。 解决办法是把 其中一只电位器移到其他柜体固定,并且引线用屏 蔽信号线,结果干扰减弱。为了彻底抑制干扰,后又 重新加工制做一个防爆电控柜,并与原柜体一定距 离放置,把其中的一台变频器控制系统移到该电控 柜,相应的接线及引线也作了必要的改动,并且把柜 体外信号线穿入钢管敷设,外壳良好接地,这样处理 后,干扰基本消除,故障排除。 例2王庄矿43盘区2 下山胶带机头使用两台 唐山开诚电器有限公司的ZJT - 30型变频软启动, 胶带机启动时,虽能实现调频减速软起的功能,但变 频器输出端到电动机间的输出线严重发热,电动机 外壳温升加重,经常出现保护跳闸。后来,机电技术 人员多次下井分析该问题的原因,初步认定这是由 于两变频器输出电压和电流信号中包含PWM高次 谐波,而谐波电流在输出导线和电动机绕线上形成 附加功率损耗。 解决办法是把变频器输入线与输出线分开,分 别走各自的电缆沟,并且选用截面大一号的电缆替 换原先电缆,输出端与电动机之间的电缆长度尽可 能短,经过这样处理后,发热故障排除。 对于煤矿井下现场出现的各种变频器高次谐波 干扰问题,基本上都能依照以上介绍的方法进行初 步的抑制处理,但对于谐波成分及幅度要求很严的 设备,要彻底抑制高次谐波干扰是非常困难的,这还 有待于进一步攻关解决。 参考文献 [1] 郑宗明.变频调速器在下运带式输送机中的应用[J ]. 煤矿机电, 19964. [2] 张良标. DTC变频调速装置在矿山长胶带输送系统中 的应用[J ].煤矿机械, 20015. [责任编辑王玉梅] 信息动态 澳大利亚煤炭出口价出现下跌 由于澳大利亚港口运营恢复正常,澳大利亚煤炭出口价开始下跌。在7月6日结束的一周,从新昆士兰 州出口的煤炭价格比其前周的价格每公吨70. 88美元,下降了4. 7 ,为每公吨67. 56美元。这是在暴风雨 后的9个星期中第一次煤炭价格下跌。 澳大利亚铁路运输也从6月25日开始恢复正常。去年从纽卡斯尔港口运输的煤炭大多是猎人谷生产 的动力煤,纽卡斯尔港占据了澳大利亚煤炭三分之一的煤炭出口量。 84 2007年7月 郝文清矿用隔爆变频器的谐波干扰与抑制 第16卷第7期