變頻調速技術在煤礦提升運輸系統的應用分析

摘 要：煤礦提升運輸是煤炭生產的一個重要環節，變頻調速在煤礦固定機械、提升運輸及采煤機上也有了一定的應用并取得了較好的效果。隨著煤礦的增產、降耗、提效被提到了重要地位，設備節能改造勢在必行。本文就變頻調速在煤礦提升運輸系統的應用進行探討。

關鍵詞：變頻調速 煤礦 提升 抗干擾 諧波

一、引言

基于煤礦生產的特殊環境和安全上的特殊要求，變頻器在煤礦的應用起步比較晚。隨著煤礦的增產、降耗、提效被提到了重要地位，設備節能改造勢在必行。隔爆兼本安型的變頻器在煤礦井下機電運行設備中的應用，特別是在煤礦井下膠帶運輸系統中的應用也取得了較好的效果。

二、變頻調速的工作原理

變頻調速的基本原理是根據交流電動機工作原理中的轉速關系：N=60f（1-s）/p " 式中：f——電動機的電源頻率（Hz）;p—— 電動機的極對數;s——電動機的轉差率。由式可知，均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f，就可以平滑地改變電動機的同步轉速。電動機轉速變慢，軸功率就相應減少，電動機輸入功率也隨之減少。這就是變頻調速的工作原理。大功率變頻裝置可以將工頻三相交流電，利用設定的參數進行了逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電，變頻器輸出頻率的變化，將導致電動機的輸出轉速變化，二者之間的關系近似線性。這樣就起到了調速的作用。在電路系統中，為了保證正常運行安全，必須將設備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應可靠接地。主回路中，用于連接制動單元和制動電阻的端子。用于防止提升機在垂直方向上運行時，發生工件在帶動電動機運轉，而產生很大的再生電動勢，即泵升低壓過高，損壞變頻器的現象出現。加入外接制動電阻或外接制動單元可消耗部分能量，提高變頻器的工作能力。根據變頻調速原理在變頻器的控制輸入回路接入頻譜電路，由PLC輸出模擬量。即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率。此時的變頻器輸出頻率與設定電壓或電流輸入成正比。為了便于監控變頻器的運行狀態并及時發現異常。取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊。以作為變頻器的事故報警信號。

三、變頻調速控制系統抗干擾措施

（一）變頻器干擾的來源

首先是來自外部電網的干擾。電網中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備，非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變。從而對電網中其它設備產生危害的干擾，變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾后若不加處理，電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。

其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術。當工作于開關模式且作高速切換時，產生大量耦合性噪聲，因此變頻器對系統內其它的電子、電氣設備來說是一電磁干擾源。

變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分，除了能構成電源無功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它設備的干擾信號。

（二）變頻器抗干擾措施

（1）屏蔽干擾源 " 屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏，輸出線最好用鋼管屏蔽。特別是外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般20m以內）。且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380v）及控制線（AC220v）完全分離。決不能放于同一配管或線槽內。周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽，為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

（2）采用電抗器 " 在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的。它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外。還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數大為下降。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線位置的不同。主要有以下兩種：

（1）電抗器串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有：a）通過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75～0.85）;b）削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊;c）削弱電源電壓不平衡的影響。

（2）直流電抗器串聯在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器有效，可達0.95。并具有結構簡單、體積小等優點2.2.3正確的接地。

正確的接地既可以使系統有效地抑制外來干擾，又能降低設備本身對外界的干擾。建議變頻器的接地與其它動力設備接地點分開，不能共地。

四、變頻調速在煤礦提升運輸系統的運行效果分析

傳統提升機電控系統采用PLC與變頻器相結合的方案進行改選后，省去了大量的繼電器、接觸器及調速電阻。減少了故障發生率，同時還有利于節能。另外系統采用PLC軟件編程實現提升機主s形速度給定及操作臺輔助速度給定，能夠實現自動及手動調速，靈活性大，易于操作;系統加入同步開關，也提高了控制速度。經過MATLAB仿真實驗可以分析出，該系統有良好的動靜態響應特性、帶負載能力及抗干擾能力，因此能夠滿足礦山生產實際需要。

五、結束語

綜上所述，采用變頻器調速技術來改造傳統的帶式輸送機驅動系統，在技術的先進性和社會、經濟效益方面都具有重大意義。同時，由于使用變頻器，減少了日常維護的工作，也減少了井下操作者的勞動強度，在改善工人的勞動環境等方面都起了積極作用。

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