摘要：随着工业自动化程度的不断提高，变频器得到了非常广泛的应用。选煤厂应用了大量的变频器，主要控制皮带、泵类、风机类负载。变频器有很多种品牌，每个品牌都有很多种系列，因此在选型时对技术性能和经济指标进行综合考虑，合理的选择相应的变频器规格容量变得尤为重要。因此文章重点分析了选煤厂变频器的使用，同时也对抗干扰问题及应对策略进行了分析。
关键词：选煤厂变频器；抗干扰问题；应对策略
一、变频器调速原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
二、变频器的优点
（一）节能
使用变频器调速，可降低部分设备的电耗，如风机负载节电效果比较明显，可降低 20%～60%，主要原因是风机的耗电功率 P与转速 N的立方成比例，当要求的风量较小时，对应的转速相对较低，节能效果十分可观。对于低速运转的恒转矩设备，如输送带，节能改造后也可达到 10%～20%。除此以外，部分调速耗能较大的设备（如绕线电动机），原调速方式庞杂，效率比较低（如龙门刨床），使用变频调速以后，节能效果有很大改善。
（二）在设备运行中的优势
一是变频调速能够很容易实现电机正、反转。只需要将变频器逆变管开关顺序改变，就能实现电机正、反转；二是变频器调速平滑，加速、减速时间平缓，
致使启动电流比较小，可以用于高频率的设备启停；变频器还可实现直流制动的功能，如需制动时，将变频器直流电压加给电动机，就可实现制动，无需再加直流制动装置进行控制。
（三）与软启动器的优缺点对比
软启动器是利用可控硅调节压力的装置，价格便宜，简单安装在启动电机上；变频器可以调节电压和频率，既可以用于启动电机，也可以用
于调节速度，适合安装在电机高频率启停和长时间运行的场所。
（四）提高产品质量及工艺水平
变频调速还广泛使用于卷绕、传送、挤压、起重、机床等机械设备，用于提高产成品率，延长设备使用寿命和工作周期，使控制和操作系统简化，由此改变原有工艺水平，提高设备控制能力。
三、变频器应用实例分析
变频器在带式输送机中的应用，某选煤厂在2014年前洗选中心带式输送机变频改造只限于设备启停的应用，不论带式输送机瞬时运煤量大小，均处于工频 50 Hz 满速运行，当胶带空转运行时，如处于 50 Hz 工频高速运转，胶带磨损和电能浪费较大。针对上述问题，经过一段时间的摸索与研究，采用变频器监测电机转矩的数据与设定转矩限定值来实现闭环自动变频控制。利用外加一个扩展板，将控制调节信号反馈至PLC，由 PLC 实现自动调频功能。具体工作原理：当监测到电机转矩 T 在某一范围内运行时，变频器输出频率保持恒速运行，当现场载荷发生变化，转矩 T1小于 T时，变频器输出低转矩，并将反馈信号返回至 PLC，PLC通过运算，控制变频器低率运行，反之，当 T2大于T 时，PLC 控制变频器升率运行。胶带输送机变频改造后，不仅起到节能的作用，而且减少了设备磨损，降低了采购成本。
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四、变频器产生干扰的原因及应对策略
（一）干扰源与易受干扰部分隔离
将系统内的干扰源和容易受到干扰的单元分隔开，促使两者之间彼此不会产生电上的联系，即隔离。通信设备和电子设备等弱电用电设备一般情况下使用隔离变压器来单独供电。为保证信号传输真实有效，还可以在一些要求严格的弱电信号中使用信号隔离器。
（二）电路滤波
变频器在运行过程中，会引起电网电压、电流波形发生畸变，按低压配电电路谐波的管理标准，电压综合畸变率应控制在 5% 以下，如果电压综合畸变率高于 5%，为保证供电质量，可以在变压器与变频器之间加装平滑高频扰动性能很强的交流电抗器，从而抑制谐波电流。驱动电机和变频器之间主回路供电电缆较长，就会有较大的高频电流产生于供电线路之间的分布电容中，增加漏电流，影响电流显示的精确度、精准度，甚至可能会导致变频器出现过流跳闸故障。针对这种情况，在安装条件允许的条件下，需要严格控制驱动电动机的供电电缆长度，最大限度的缩短电动机和变频器之间的供电电缆长度。如果驱动电动机功率在 3.7k W 以下，保证供电电缆在 50m 以下；如果驱动电动机功率在 3.7k W 以上，保证供电电缆在100m 以下。如安装条件不允许，不能按规定长度安装，可以将电路滤波器应用到系统中，电路滤波器的应用可以减小供电电缆的对地电容，减少干扰的发射源，可以避免电动机绝缘受到变频器浪涌电压的影响和损伤。
（三）屏蔽和接地
变频器干扰生产系统通信设备和现场仪器仪表的主要途径是线路传导，需要使用普通电缆穿钢管或金属铠装电缆铺设电动机到变频器之间的动力供电电缆。如果使用普通电缆穿钢管方式铺设，必须要保证穿线钢管有良好、可靠的接地；如果使用金属铠装电缆铺设方式，金属铠装电缆两端的屏蔽层必须良好可靠的连接在驱动电机和变频器的接地极上。通常屏蔽金属铠装电缆或屏蔽电缆作为接近开关、传感器、仪器仪表等弱电压、弱电流信号的控制电缆，其外部噪声会影响控制信号的可靠性，必须将控制电缆的屏蔽层接地、控制电缆屏蔽层的接地分为单端接地和双端接地两种形式。通常情况下，将控制电缆屏蔽层靠近变频器的一侧连接接地极，另一侧悬空远离变频器的电缆屏蔽层称为控制电缆屏蔽层单端接地，但是有较大的外部感应干扰，就需要连接模拟量输入公共端子。控制电缆屏蔽层双端接地是将电缆两边屏蔽层同时接地，这样可以更有效的抑制变频器的干扰。此外，控制电缆备用芯线接地，也可以很大程度上降低高次谐波干扰。正确的接地是抑制变频器噪声、提高系统运行可靠性、稳定性的重要手段。接地线要选择较粗且较短的导线，导线长度不超过 5m，截面不小于 4mm。在日常点检巡检重要重视变频器接地的检查维护，确保接地安全、可靠。
（四）正确安装
为了减少变频器和其他设备对模拟量信号的干扰，使用模拟量信号进行远程控制变频器时，控制电缆和驱动动力电缆不能放置在同一配线管或线槽中，并且必须保证控制电缆回路和驱动动力电缆间的距离不小于30cm。即便在控制柜中，也要严格按照这样的接线规范，如果特殊情况下在某些区域驱动动力电缆和控制电缆相隔距离较小，甚至不能完全分离，必须要屏蔽控制电缆。屏蔽方法是将控制电缆放置在接地的金属通道内，将控制电缆封入接地的金属管内。使用双股绞合屏蔽线，使用过程中要注意，电线截面为 0.75cm2，电缆剥线长度要控制在5mm～7mm，在满足使用的情况下尽可能短。为防止屏蔽线与系统内其他设备接触引入干扰，要用绝缘胶布将剥线以后的屏蔽层包裹起来。同时，铺设线路要远离大容量变压器和电机。在特定情况下控制电缆必须要与动力供电电缆交叉，两者的布线角度必须保持在90°。
总之，选煤厂部分大型设备在经过变频器改造后，设备使用磨损量降低、运转周期及运行时间得到了延长，降低了电耗，起到了节能的作用，提高了现场工作效率。同时在变频器使用过程中，还需要积极应对干扰问题，采取合适的应对措施，有效发挥变频器的重要作用。
参考文献：
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[2]李兆坤.变频器在神东集团各选煤厂的应用及问题[J].电子技术与软件工程，2017（17）
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作者简介：李一鑫（1982—），男，河北唐山人，工程师，从事选煤领域自动化与信息化研究工作。
基金项目：中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项（2018ZD001）
论文作者:李一鑫１，２
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/15
标签：变频器论文; 电缆论文; 屏蔽论文; 干扰论文; 电动机论文; 设备论文; 转矩论文; 《基层建设》2018年第34期论文;