選煤廠變頻器使用和抗干擾問題的應(yīng)對(duì)策略

王建偉

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，特別是電子技術(shù)的日趨成熟，變頻器被廣泛應(yīng)用到選煤廠中。通過(guò)調(diào)查研究表明，在應(yīng)用變頻器的過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾問題，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成了較大的影響，需要引起人們足夠的重視，進(jìn)行綜合研究，采取一系列有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，以解決干擾問題。本文就選煤廠變頻器使用和抗干擾問題的應(yīng)對(duì)策略展開探討。

關(guān)鍵詞：選煤廠;節(jié)能改造;變頻器;干擾

引言

隨著選煤廠變頻器的大量使用，變頻器干擾問題尤為突出，大量數(shù)據(jù)失真問題出現(xiàn)在PLC檢測(cè)的開關(guān)量、模擬量等弱電壓弱電流信號(hào)中，甚至?xí)性O(shè)備誤動(dòng)作的情況發(fā)生。針對(duì)這些情況如不立即采取有效性有針對(duì)性的改善措施，勢(shì)必嚴(yán)重威脅整個(gè)選煤廠自動(dòng)化系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。

1變頻器的工作原理

變頻器是由整流單元（將交流電變?yōu)橹绷麟姡⒅虚g電路、逆變單元（將直流電變?yōu)榻涣麟姡⒖刂苹芈返人牟糠纸M成。變頻器是利用整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過(guò)中間電路進(jìn)行濾波，然后通過(guò)逆變單元轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)所需要頻率下的交流電。變頻器是通過(guò)控制電力電子半導(dǎo)體元件的通斷，將工頻50Hz電源轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備。其中整流用三相橋式整流器，逆變用三相橋式可控逆變器，輸出波形PWM，中間環(huán)節(jié)有濾波、緩沖的無(wú)功功率和直流儲(chǔ)能。不是所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都能使用變頻器，選擇合適的變頻器，對(duì)節(jié)能工作有重要的意義。要準(zhǔn)確選擇變頻器型號(hào)，首先要了解設(shè)備的工作原理。按照負(fù)載性質(zhì)，可分為三類：（1）減轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。轉(zhuǎn)矩與速度的二次方成正比，如風(fēng)機(jī)、泵類。（2）恒轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。輸入轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速基本無(wú)關(guān)，如：傳送帶。使用變頻器進(jìn)行控制，主要實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速，用于提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量;同時(shí)隨著載荷大小的變化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。（3）恒功率的負(fù)載。指當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，輸出轉(zhuǎn)矩反而成反比例上升的負(fù)載。通過(guò)對(duì)上述三種負(fù)載的分析，在選煤廠變頻器應(yīng)用范圍較廣，如膠帶機(jī)、泵、刮板機(jī)、淺槽、給煤機(jī)等，通過(guò)變頻改造，可為選煤廠節(jié)能降耗工作帶來(lái)不菲的經(jīng)濟(jì)效益。

2變頻器產(chǎn)生干擾的原因

具體來(lái)講，變頻器的工作原理指的是經(jīng)過(guò)整流和濾波，用穩(wěn)定的直流電壓來(lái)替代工頻交流電壓，而這些直流電壓在變頻器內(nèi)部集成微處理器的作用下，通過(guò)可控硅電路，又會(huì)轉(zhuǎn)換為交流電壓。在這個(gè)過(guò)程中，就會(huì)有高次諧波產(chǎn)生于二極管、可控硅等開關(guān)元件有規(guī)律的開通和關(guān)斷環(huán)節(jié)中。因?yàn)橛泻芏喔叽沃C波成分存在于變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)，因此，相對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)的其他電子設(shè)備和通訊設(shè)備，非常大的一個(gè)電磁干擾源就是變頻器，它會(huì)通過(guò)各種方式來(lái)傳播自身能量，干擾到自身運(yùn)行和其他的設(shè)備。

3變頻器產(chǎn)生的干擾及其抑制措施

3.1干擾源與易受干擾部分隔離

將系統(tǒng)內(nèi)的干擾源和容易受到干擾的單元分隔開，促使兩者之間彼此不會(huì)產(chǎn)生電上的聯(lián)系，即隔離。通信設(shè)備和電子設(shè)備等弱電用電設(shè)備一般情況下使用隔離變壓器來(lái)單獨(dú)供電。為保證信號(hào)傳輸真實(shí)有效，還可以在一些要求嚴(yán)格的弱電信號(hào)中使用信號(hào)隔離器。

3.2濾波

濾波是為了對(duì)變頻器通過(guò)電源線產(chǎn)生干擾進(jìn)行抑制。具體有這些方法，在電源并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中接入變頻器，會(huì)有高次諧波產(chǎn)生于工作過(guò)程中，影響到電源側(cè)和電網(wǎng)上的其他設(shè)備。針對(duì)這種情況，就可以將交流電抗器接入到輸入側(cè)，因?yàn)榻涣麟娍蛊鞯钠交哳l擾動(dòng)性能較強(qiáng)，可以對(duì)諧波電流進(jìn)行有效的抑制。為了促使變頻器干擾得到降低，可以將交流過(guò)濾電容器應(yīng)用在輸入側(cè)，以便對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行降低;需要注意的是，不能夠在變頻器的輸出側(cè)連接電容器。另外，可以將無(wú)線電干擾抑制零相電抗器應(yīng)用到輸入側(cè)和輸出側(cè)，那么就可以得到較好的抑制效果。如果變頻器和電機(jī)之間有著較長(zhǎng)的主回路電纜，那么就會(huì)有較大的高頻電流產(chǎn)生于電線間的分布電容中，可能會(huì)導(dǎo)致變頻器過(guò)電流跳閘問題的出現(xiàn)，增加漏電流，影響到電流顯示精度。針對(duì)這種情況，就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)連線長(zhǎng)度嚴(yán)格控制，保證其在50m以下，如果是3.7kW以上，那么就需要保證在100m以下。有著過(guò)長(zhǎng)的連線，將電路濾波器應(yīng)用過(guò)來(lái)，可以對(duì)電纜長(zhǎng)度適當(dāng)延長(zhǎng)，保證在400m以下。通過(guò)電路濾波器的應(yīng)用，可以避免電機(jī)絕緣受到變頻器浪涌電壓的損傷。可以促使多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并列運(yùn)行和長(zhǎng)距離配線時(shí)的漏電得到降低。如果有著過(guò)長(zhǎng)的配線，可以對(duì)干擾進(jìn)行有效的抑制。如果條件允許，需要對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的連接線長(zhǎng)度進(jìn)行最大限度的減短。直流電抗器也是非常有效的措施，在直流電抗器連接端子串聯(lián)，可以對(duì)輸入高次諧波電流進(jìn)行有效的降低，對(duì)輸入側(cè)功率因數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

3.3屏蔽和接地

如果使用普通電纜穿鋼管方式鋪設(shè)，必須要保證穿線鋼管有良好、可靠的接地;如果使用金屬鎧裝電纜鋪設(shè)方式，金屬鎧裝電纜兩端的屏蔽層必須良好可靠的連接在驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變頻器的接地極上。通常屏蔽金屬鎧裝電纜或屏蔽電纜作為接近開關(guān)、傳感器、儀器儀表等弱電壓、弱電流信號(hào)的控制電纜，其外部噪聲會(huì)影響控制信號(hào)的可靠性，必須將控制電纜的屏蔽層接地、控制電纜屏蔽層的接地分為單端接地和雙端接地兩種形式。通常情況下，將控制電纜屏蔽層靠近變頻器的一側(cè)連接接地極，另一側(cè)懸空遠(yuǎn)離變頻器的電纜屏蔽層稱為控制電纜屏蔽層單端接地，但是有較大的外部感應(yīng)干擾，就需要連接模擬量輸入公共端子。控制電纜屏蔽層雙端接地是將電纜兩邊屏蔽層同時(shí)接地，這樣可以更有效的抑制變頻器的干擾。此外，控制電纜備用芯線接地，也可以很大程度上降低高次諧波干擾。正確的接地是抑制變頻器噪聲、提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性的重要手段。

3.4查看主回路電纜連接、控制回路電纜連接、查看通訊模塊連接

對(duì)線路板、母排等維修后，要進(jìn)行必要的防腐處理，涂刷絕緣漆，對(duì)已出現(xiàn)局部放電、拉弧的母排須剔除其毛刺，并進(jìn)行絕緣處理。

3.5正確安裝

不能在同一個(gè)配線管或者行線槽內(nèi)放置主電纜和控制電纜，要嚴(yán)格控制控制電纜和動(dòng)力電纜的間距，保證其不小于20cm，如果控制電纜需要交叉動(dòng)力電力，那么布線角度應(yīng)該保持在90°。如果在某些區(qū)域無(wú)法分離主電纜和控制電纜，或者只有較小的距離，那么就需要屏蔽控制電纜。屏蔽措施是在接地的金屬管內(nèi)封入電纜;在接地的金屬通道內(nèi)放置電纜，將屏蔽電纜應(yīng)用過(guò)來(lái)等。電纜長(zhǎng)度會(huì)直接影響到電磁感應(yīng)干擾的大小，那么就需要選擇最短的路線來(lái)對(duì)控制電纜進(jìn)行鋪設(shè)。同時(shí)，鋪設(shè)的路線也需要與大容量變壓器和電機(jī)等盡量遠(yuǎn)離。在排列布置配電柜時(shí)，需要盡可能遠(yuǎn)離變頻器控制柜和PLC控制柜。還有其他的一些軟件措施，比如利用延時(shí)來(lái)將信號(hào)抖動(dòng)消除掉，在研究中發(fā)現(xiàn)，在電磁干擾和振動(dòng)環(huán)境中，因?yàn)槎秳?dòng)，會(huì)有錯(cuò)誤信號(hào)存在于壓力傳感器和接近開關(guān)中，那么就可以延時(shí)輸入的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，比如輸入信號(hào)持續(xù)1s以上，再讀入PLC中作為數(shù)據(jù)。如果信號(hào)持續(xù)在1s以下，那么就可以將其認(rèn)為是干擾，那么誤動(dòng)作就不會(huì)出現(xiàn)。絕緣擊穿的絕緣柱，須清除炭化或更換。

結(jié)語(yǔ)

變頻器對(duì)安裝環(huán)境的濕度、溫度、粉塵含量等要求較高，在其使用過(guò)程出現(xiàn)了很多問題，比如變頻器的干擾問題，很大程度上影響到選煤廠自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。這就需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況找到原因，采取有針對(duì)性、有效性的改善措施，降低變頻器對(duì)電網(wǎng)和系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備的干擾問題，提高選煤廠自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性。

參考文獻(xiàn)

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