矿用变频器在应用中存在的问题及改进措施

苏 畅，孟宪伟

（黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100）

1 矿用变频器在使用过程中存在的主要问题

在煤矿机电设备中，最为重要的组成部分之一就是变频器。其中，矿用变频器的主要构建为微处理单元、检测装置以及驱动装置、制动装置和滤波器、整流器等。矿用变频器的工作原理是通过对内部的IGBT的开断进行利用，对电压和电源的输出频率进行改变，从而达到对机电设备的过载、过压和过流进行保护的目的。但是矿用变频器在投入使用的过程中，因为种种原因，不可避免的存在各项问题，例如欠压、电磁干扰等。这些因素都会在一定程度上提升变频器故障概率，严重情况还会对煤矿机电设备的安全运行造成影响。下面将对主要存在的问题进行详细分析。

首先是电磁干扰。位于变频器周围的各项设备在运行的过程当中，会有较大的电磁辐射产生，而变频器的正常使用会受到这些电磁辐射的干扰，具体故障的现象就是变频器停机或者变频器误动。

另外，当变频器处于运动状态的过程中，变频器的整流以及变频等情况受负荷大小直接影响的，因此当负荷大小在不断变化的时候，变频器的频率也会随之进行改变，这就导致变频器周围有磁场产生。而磁场对变频器造成影响，从而产生了电磁波，最终影响到变频器周围的仪表正常运行[1]。

其次是欠压停机。矿井在生产的过程中对高压线路的使用是比较少的，因此矿井下的大型设备在大多数情况下只能够用一条高压线路。一旦开启大功率设备，就会使得电缆中的电流突然增大。这样的情况极易造成供电线路出现电压降，而当电压因大幅度下降而不够的时候，就会对变频器的正常使用造成影响。

然后是电磁谐波不稳定。变频器所产生的高次谐波是根据高压供电过程中所输出的电压而决定，输出不同数值的电压，高次谐波产生的频率也不一样。需要明白的是电网波动是受高次谐波影响，高次谐波的频率不稳定，会对电网供电电压的稳定性造成影响，从而使机电设备出现超压、欠压的现象，严重的还会烧毁机电设备，对机电设备的安全运行和高效运转造成极其不利的影响。

最后是变频器散热不足。矿用变频器在进行使用的过程中，功耗非常小，一般情况下仅占据了总容量的5%，整流回路占据了40%，逆变占据45%，控制和保护电流占据了10%。通过对相关的实验数据进行分析我们发现，变频器稳定性最佳的状态是温度低于10%。矿井内部的通风条件较为恶劣，而矿用变频器受到负荷以及运行周期的影响，温度在绝大多数情况下都是高于10%，一般情况维持在30～50℃，并且受实际环境的影响，散热效果及其不佳。以上情况都会对变频器的使用寿命造成影响[2]。

2 矿用变频器运行中问题的解决措施

针对电磁干扰的处理，处理的方式主要有以下几种，分别是对电压降进行控制、安装滤波器以及对干扰源进行屏蔽和空间隔离法等。

2.1 电磁干扰处理

首先是对电压降进行控制。针对这一问题的具体解决方法是将变频器的控制器加装电压吸收装置，然后要做的是合理规划配线举例。当电动机的距离与变频器的距离超过正常值的时候（一般情况为100米），就需要对线缆的长度进行弥补，这时候在变频器上加装电抗器就是不错的选择。另外为了较好地对电压降进行控制，还可以使用横截面较大的线缆。对接地无干扰这一点也非常重要，因此变频器不能与动力线缆以及其他相关设备放在一起。

其次是滤波器的安装。为了对变频器产生地高次谐波进行减弱，可以在微机控制板上或者变频器PLC输入电源上安装EMI滤波器或者高频磁环。与此同时还可以将直流电抗器按章在变频器上，让变频器的功率因素得到提升，降低谐波造成的干扰。

然后是对干扰源进行屏蔽。变频器外部辐射量的控制可以通过在其外部安装金属外壳进行抑制。需要做的是在变频器线缆中对屏蔽层进行安装，这样能够很好地防止变频器内微处理器对变频器所造成干扰，如果没有做好处理，则极有可能对整个线路的正常工作造成影响。

最后是空间隔离法。将受到电网干扰的设备在空间上进行隔离，可以对干扰源对设备的干扰性进行有效降低，从而达到对干扰进行隔离的目的。但是空间隔离法也有一定的局限性，那就是必须保障空间足够大，如果空间过小，则不能起到较好的效果。因此在采用该方式进行解决之前，应该先规划设备的布局。

2.2 欠压停机处理措施

使用变频器的用电设备在对其进行供电的时候，应该使用单独的变压器，以减少公用变压器对电缆的干扰。需要注意的是，井下的大功率用电器是直接启动的，因此在使用大功率用电器的会后，会对电网的波动造成较大的影响，针对这一情况，为了让电网供电的持续性和稳定性得到保障，可以采用软启动的方式控制设备。如果需要使用大型设备，为了确保电压稳定，可以用不同的高压线缆对其进行供电[3]。

2.3 电网污染处理措施

电网系统的污染主要是由变频器所产生的电网谐波造成，为了将谐波对电网造成的污染进一步消除，可以采用移相绕组法和整流变压器进行解决。其工作原理是高压变频器与电网相连接的一侧都会对整流变压器进行安装，利用侧向位移法可以有效消除谐波所产生的影响。除此之外，消除电网污染，还可以利用PWN法进行。这里需要注意的是PWN法地适用情况，该方法主要适用于功率较小的点，通过整流环节以及逆变环节之后，在电网的整个回路之中加入控制元件，再利用PWN技术对电网波形进行改变，从而达到消除谐波的目的。

2.4 变频器发热的处理措施

如果电抗器在工作的过程中产生了较大的热量，就会使热量向变频器机芯传递，而变频器在接收了较多的热量之后，非常容易造成设备老化或者停机等问题的发生。所以在进行安装的时候，应该将二者在不同的空间上进行安装，另外还应该对变频器的外壳加装散热板，增加变频器的散热面积。

变频器在工作的过程中，主要热源的产生部分是回路中的逆变和整流部分，因此可以将逆变部分和整流部分进行单独安装，一般情况下可以选用铜铝材质为基板，然后再在其背面对隔爆风机和热管散热器进行安装，直接排出变频器工作中所产生的热量[4]。

3 结 语

综上所述，矿用变频器在使用过程中所产生的一系列问题都是可以避免和解决的，这些针对性的解决措施能够让矿用变频器的高效运转和安全运转得到进一步的保障，从而使矿用变频器发生故障的频率大大降低，减少变频器因各种原因造成设备严重老化的现象，让矿用变频器的使用寿命得到有效延长，提升企业经济效益。