运变频器应用中的电磁干扰及其抑制_图文

1、第5期 2008年10月工矿 自 动化Industry and Mine AutomationNO.5 Oct.2008文章编号:1671-251X(2008050119-04矿井提升机调运变频器应用中的电磁干扰及其抑制胡志安(甘肃兰阿煤业有限责任公司,甘肃兰州 730097摘要:调速变频器在煤矿提升设备中的应用越来越广泛,其电磁干扰问题日益引起使用者的重视。文章 主要介绍了调速变频器在煤矿井下提升设备应用系统中电磁干扰的来源及其产生干扰的传播途径,提出了 抗电磁干扰的实际解决方法,阐述了在调速变频器应用和安装中抑制干扰的具体措施。关键词:矿井提升机;调速变频器;电磁干扰;抑制中图分类号:TD

2、534文献标识码:B收稿日期:20080521游、地图鹰眼、地图查找、居中、报警闪烁、图层控制、图 元选取、地图测距、导入矿图、编辑图元、图元属性等。 鹰眼图是GIS中一个非常实用的功能,它不仅 能查看视图框中所显示的地图在整个地图中的位 置,而且当点击鹰眼图某处时,视图框中的地图也相 应地移动到点击处,从而实现了地图的快速查看。 一般地图主视图在视图中显示,而鹰眼图则在主视 图中的非视图中显示,那么,2个地图之间的控制问 题尤为重要。鹰眼图的实现过程如下:(1在视图中动态创建一个MapX控件,显示 主视图。(2新建一个无模式对话框模板,插入MapX 控件TMap并命名为MapEagleEye

3、。再创建一个 图层EagleEyeLayer,放在鹰眼图图层的最上面,用 于显示鹰眼图上的矩形框。(3当主视图发生变化时,MapX控件发出消 息。调用OnMapViewChanged(函数,然后在鹰眼 图区域动态绘制显示的区域边框。(4在鹰眼图上点击时,主视图窗口应该转到 鹰眼图中点击的相应位置,这就需要调用鹰眼图的 OnMouseDown事件,鼠标松开后主窗口不再变化。 (5当鼠标在鹰眼图上滑动时,为了实现主视 图能随着鼠标的变化自动变换中心位置,需调用鹰 眼图的OnMouseMove事件。3结语本文在分析羊场湾煤矿信息化现状的基础上, 为实现二维空间图形与属性数据的统一管理,提出 了利用M

4、GIS系统实现煤矿数字化矿山管理信息 系统的设计方案。在构建数字化矿山的过程中,分 析了GIS系统在整个监测系统中的应用及系统的 运行环境,对GIS数据库进行了设计和实现,并描 述了MGIS系统的功能。该系统已接入羊场湾煤 矿下属的多个矿井数据,运行一直稳定可靠,为集团 公司综合利用数据提供了一个基础数据平台,有利 于企业更深层次的应用。参考文献:SH UEY S A. Mining Technology for the 21st Century:Inco Digs Deep In SudburyJ.E&M J China,1999(2:711.张龙.GIS在数字化矿山中的应用研究D.

5、西安:西安科技大学,2007.朱校海,余钦范.煤矿安全生产监督管理工作中的技 术手段图象监控系统在煤矿安全监管中的应用 J.中国国土资源经济.2007(3.范爱民.矿区GIS建设中元数据问题研究J.矿山测 量,2000(1:1012.邹琳.认真学习贯彻煤矿安全生产十一五规划精神 J.煤炭经济研究,2007(2.牛海生.浅谈煤矿安全生产中虚拟现实技术的应用 J.煤炭经济研究,2007(4.刘亚静,毛善君,姚纪明,等.基于层次分析法的煤矿 安全综合评价EJ.矿业研发与研究,2007(4.刘治中,孙世清.煤矿安全监测监控系统多级联网的 应用EJ.煤炭工程,2007(4.l二l凹口H口叩口口 120

6、工矿自动化 2008年10月0引言变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电 子、通信等技术于一体的高科技技术。它以优良的 调速性能和节能性能在煤矿提升运输系统中获得了 广泛的应用。由于其采用软启动,可以减少设备和 电机的机械冲击,延长设备和电机的使用寿命,保证 了调控精度,但随之也带来了一些电磁干扰问题。 现场的供电和用电设备会对变频器产生影响,变频 器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运 行。变频器在矿井中产生的电磁干扰主要影响有 3个方面:(1对煤矿安全监测监控系统电子设备 及传感器的干扰;(2对通信设备的干扰;(3对无 线电等设备的干扰。对安全监测监控计算机和自动 控制装置等电子设

7、备产生影响的干扰主要是感应干 扰;对通信设备和无线电等产生影响的干扰为辐射 干扰。如果变频器的干扰问题解决不好,不但变频 器系统无法可靠运行,还会影响其它电子、电气设备 的正常工作。因此,有必要对变频器应用系统中的 干扰问题进行探讨,以促进其进一步的推广应用。1变频调速系统的主要电磁干扰源及途径1.1电磁干扰源电磁干扰也称电磁骚扰(EMI,通常是通过电 路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电 网来说是非线性负载,它所产生的谐波会对同一电 网的其它电子、电气设备产生干扰。另外,变频器的 逆变器大多采用PWM技术,当其工作于开关模式 并作高速切换时,会产生大量的耦合性噪声。因此, 变频器对系

8、统内其它的电子、电气设备来说是一个 电磁干扰源。另一方面,电网中的谐波干扰主要通 过变频器的供电电源干扰变频器。由于在电网中存 在大量谐波源,如各种整流设备、交直流互换设备、 电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等,这些 负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对 电网中其它设备产生有害的干扰。如果变频器的供 电电源受到来自被污染的交流电网,若不加以处理, 电网噪声就会通过电网电源干扰变频器。而变频器 对供电电源的干扰现象主要有过压、欠压、瞬时掉 电、浪涌、跌落、尖峰电压脉冲、射频干扰等。其次, 共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器 的正常工作。1.2电磁干扰传播的途径变频器能产

9、生功率很大的谐波,对系统其它设 备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是 一致的,主要分电磁辐射、传导、感应耦合:(1对周 围的电子、电气设备产生电磁辐射;(2对直接驱动 的电动机产生电磁噪声,使得电动机铁耗和铜耗增 加,并将干扰传导到电源,通过配电网络传导给系统 其它设备;(3变频器对相邻的其它线路产生感应 耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰 信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面 分别加以分析。(1电磁辐射变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳 内,它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场 强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗 以及干扰源的发射频率。变频器的整

10、流桥对电网来 说足非线性负载,它所产生的谐波对接人同一电网 的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆 变桥大多采用PWM技术,当根据给定频率和幅值 指令产生预期的和重复的开关模式时,其输出的电 压和电流的功率谱是离散的,并且带有与开关频率 相应的高次谐波群,高载波频率和场控开关器件的 高速切换(dv/dt可达1kV/ps以上所引起的辐射 干扰问题相当突出。当变频器的金属外壳带有缝隙 或孔洞,则辐射强度与干扰信号的波长有关,当孔洞 的大小与电磁波的波长接近时,会形成干扰辐射源 向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成 二次辐射。同样,变频器外部的辐射也会干扰变频 器的正常工作。(2传导电磁

11、干扰除了通过与其相连的导线向外部发射 外,也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带 入其它电路。与辐射干扰相比,传导干扰传播的路 程可以很远。比较典型的传播途径:接自矿井供电 低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着矿井配 电变压器进入中压网络,并沿着其它的配电变压器 最终又进入民用低压配电网络,使接自民用配电母 线的电气设备成为远程的受害者。(3感应耦合感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播 干扰的途径。当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波 辐射能力相当有限,而该干扰源又不直接与其它导体 连接,但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输 入、输出导线与其相邻的其它导线或导体产生感应耦 合,在邻近导

12、线或导体内感应出干扰电流或电压。感 应耦合可以导体间的电容耦合的形式出现,也可以电2008年第5期 胡志安:矿井提升机调速变频器应用中的电磁干扰及其抑制 121感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现,这与干 扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。2抗电磁干扰的措施根据电磁特性的基本原理,形成电磁干扰须具 备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系 统等3个要素。为防止干扰,可采用硬件和软件的 抗干扰措施。其中,硬件抗干扰是最基本和最重要 的抗干扰措施,一般从抗和防2个方面入手来抑制 干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系 统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具 体措施是在

13、煤矿井下采用隔离、滤波、屏蔽、接地等 方法。(1隔离所谓隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的 部分隔离开来,使它们不发生电的联系。在提升机 变频调速传动系统中,通常是在电源和放大器电路 之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电 源隔离变压器可采用噪声隔离变压器。(2滤波设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频 器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电 磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器。 为减少对电源的干扰,可在变频器输入侧设置输入 滤波器。若线路中有敏感电子设备,可在电源线上 设置电源噪声滤波器。(3屏蔽屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常 变频器本身用金属壳屏蔽,不让

14、其电磁干扰泄漏。 输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变 频器时,要求信号线尽可能地短,且信号线采用双芯 屏蔽,并与主电路及控制回路完全分离,不能放于同 一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏 蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。(4接地接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。 良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦 合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。 变频器的接地方式有多点接地、单点接地、经母线接 地等几种形式,要根据具体情况采用,注意不要因为 接地不良而对设备产生干扰。单点接地是指在1个 电路或装置中,只有1个物理点定义为接地点,在低 频下的性能较好;多点接

15、地是指装置中的各个接地 点都直接接到距它最近的接地点,在高频下的性能 较好;混合接地是根据信号频率和接地线长度,系统 采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身 有专用接地端子PE端,从安全和降低噪声的需要 出发,必须接地。既不能将地线接在电器设备的外 壳上,更不能接在零线上。可用较粗的短线一端接 到接地端子PE端,另一端与接地极相连,接地电阻 取值应符合煤矿安全规程规定,并注意合理选择 接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时, 为减少对电源的干扰,在电源输入端可加装电源滤 波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流,改善功率 因数,可在变频器输入端加装交流电抗器。为改善 变频器输出电流,减少电

16、动机噪声,可在变频器输出 端加装交流电抗器。以上抗干扰措施可根据系统的 抗干扰要求合理地选择使用。若系统中含控制单元 如微机等,还须在软件上采取抗干扰措施。(5正确安装由于变频器属于精密的功率电力电子产品,其 现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。 正确的安装可以确保变频器安全和无故障地运行。 变频器对安装环境要求较高,一般变频器使用手册规 定温度范围为最低温度不超过一10,最高温度不 超过50;变频器安装的海拔高度应小于1000m, 超过该规定应降容使用;变频器不能安装在经常发 生振动的地方,对振动冲击较大的场合,应采用加橡 胶垫等防振措施;变频器不能安装在电磁干扰源附 近;变频器不能

17、安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污 染的环境;应尽量采用密封柜式结构,并且要确保变 频器通风畅通,确保控制柜有足够的冷却风量,其典 型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允 许的温升值。安装工艺要求如下:确保控制柜中的所有设备接地良好,应该使 用短、粗的接地线,连接主接地极的接地母线应符合 煤矿安全规程第486条规定,其接地电阻应小于 2Q。另外与变频器相连的控制设备(如PLC或 PID控制仪要与其共地。安装布线时将电源线和控制电缆分开,例如 使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电 源电缆交叉,应成90。交叉布线。使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时,确 保未屏蔽之处尽可能地短,条件允许

18、时应采用电缆 套管。控制柜中的接触器应尽可能地使用真空触 头,交流接触器采用RC抑制器,也可采用压敏电 阻抑制器,如果接触器是通过变频器的继电器控制第5期2008年10月工矿自 动化ndustry andMine Automation文章编号:167125lX(200805-0122-04变频器对卧螺离心机的高效控制应用研究*张晓东,李俊(西南石油大学机电工程学院,四川成都610500摘要:在分析现有控制系统中离心机不能达到无极调速来满足回收加重材料要求的不足,文章设计了 一套新的工业控制系统,详细阐述了控制系统的建立、实现、安装及其作用。现场实验证明,该控制系统满足 了油田现场回收加重材料的

19、目的,具有高效、实用的特点。关键词:离心机;变频器;工业控制;串行通信;节能 中图分类号:TE254文献标识码:B引言随着深井、超深井钻井技术的发展,废钻井液的 回收再利用日益受到重视。而废钻井液的回收再利 用主要体现在对钻井液中加重材料的回收再利用, 因为在高密度钻井液中,加重材料(如重晶石、铁矿 粉费用大约占钻井液总费用的75%。笔者以塔里木油田为例。该油田加重材料的用 量每年在50000t左右,而高密度钻井液加重材料 用量占到30000t左右,若能回收利用60%80%,每年至少可减少大约18000t加重材料,节约1000万元以上加重材料的费用。同时,可更有效地解决环境污染问题。因此,实现

20、高密度钻井液加 重材料的回收具有重要的现实意义。本文针对现有 油田离心机主、辅电机不能达到无级调速来满足回 收加重材料要求的缺陷,建立了计算机、变频器、RS232/485转换器、离心机等有效结合的控制系统, 编写了串El通信程序及现场安装说明。该控制系统 可在回收高密度钻井液加重材料时,随钻井液性能 的变化发出相应的指令,实现离心机主、辅电机转速的调整。1控制对象简介1-1回收加重材料的条件通过理论研究得知:在离心机供料量不变的情况下,可通过变频调速改变转鼓的旋转速度,使离心 机对加重材料的分离粒度为20弘m。随着钻井液性 能的变化,离心机的转鼓转速相应地发生变化,从而 保证加重材料的回收效率达到80%。在转鼓直径 为450mm、转鼓长度为842mm、重晶石密度p。一4.26kg/cm3、分离粒径d=20p.m的条件下,转鼓 转速与钻井液粘度之间的关系如表1所示。1.2卧螺离心机的结构与工作原理收稿日期:2008-04-21卧式螺旋卸料沉降离心机(简称卧螺离心