隔爆型变频器

2024-06-04

隔爆型变频器（通用5篇）

隔爆型变频器篇1

变频调速器由于其功率因数高,对电网冲击小,起动平稳、转矩大、调速范围广等优点被广泛用于煤矿行业,带来了很大的便利。但由于其IGBT高频运行方式,不可避免地产生了大量的电磁噪声,对周边的电子电器产品产生了严重电磁干扰,导致前级电磁起动器,馈电开关等的误动作、变频器反复重启动、控制系统误报警、控制总线误动作等变频器工作时其他系统无法正常运行。所以变频器自身的电磁兼容性在很大程度上决定了其与周边的配套地设备的安全运行。特别是隔爆型变频器的井下应用环境的严酷性,决定了变频系统的电磁兼容性越来越引起更多生产厂家和使用者的关注。为此,对煤矿用隔爆型变频器电磁干扰进行强控制性检验很有必要。但经过这几年的检测,情形不容乐观。很多厂家设计时根本就没有考虑到其干扰因素,导致其产品不能顺利通过检验。所以根据电磁兼容的理论提出一些解决方案,结合实际的整改项目,给生产厂家提出一些实际的设计建议,希望对其有所帮助,从而使产品的电磁兼容性更强。

1 电磁兼容设计原则

电气产品的电磁兼容设计的理论基础是电磁场理论、电路理论和信号分析,其内容包括屏蔽、滤波、接地技术和吸收隔离技术以及结构设计等。

电磁兼容设计要遵循以下原则:

1.做好屏蔽措施,切断电磁辐射进入转换器内部产生相互干扰的通道,减少空间耦合;

2.防止外部设备产生干扰,对电磁效应敏感的器件和部件采取屏蔽保护;

3.选择合适的滤波装置;

4.合理设计电路,进行正确的接地和电路空间布局。

考虑到不同频率段干扰的特点和电路的种类,选择不同的接地方式(浮动接地、一点接地、多点接地),合理地布置元器件的空间位置和方向,不同用途,不同电平的连接线,如输入线和输出线,弱电信号线和强电功率线要远离,尽量不要铰接或近距离相互平行走线。

2 现场整改

基于以上设计理论基础,对电磁兼容性差的隔爆型变频器进行整改,使其能够达到国家标准值,满足生产的需要。

整改后的隔爆型变频器参数为,输入电压1 140V,输出功率250 kW,运行方式为两象限,为皮带输送机传动提供电源。由于没有考虑电磁兼容性,安装开关时,把购买的变频器随意安放在其防爆壳体中,其在工业运行试验时严重干扰其他电子设备,导致前级真空电磁起动器显示故障、乱码,频繁跳闸,从而使变频器无法正常运行,严重影响生产。在对其进行电磁干扰测试后发现,虽然空间辐射干扰在国家标准之内,但是电磁传导干扰却远远超过国家标准值。其传导干扰测试结果如图1。

从图1可以看出,在5 MHz以下其峰值(QP)和平均值(AV)超过标准值40多dB,电磁传导污染严重,影响了其他电器开关的正常运行。根据测试结果,按照设计顺序,一边分析原先设计中的不合理之处,一边制定出相应的整改方案。

经过分析后发现在原先的设计中,变频器电源的输入端子和输出端子在同一个接线腔内,相互距离很近。由于变频器的逆变桥采用PWM技术,当根据给定频率和幅值指令产生预期的、重复的开关模式时,其输出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所引起的辐射感染问题相当突出,并通过输出导线对输入导线产生感应耦合,从而影响电源端。所以,在整改设计上,建议输入、输出端子分腔而置,两个接线腔距离越远效果越好。但由于此台变频器外壳不容改动,只能在接线腔中焊接隔离铁板将输入、输出端子一分为二,从而避免输出对输入的耦合作用。

从图1还可以看出,在1 MHz以下电磁干拢超标严重,必须通过串接滤波器来抑制电磁传导值。选用电压1 200 V,电流200 A的输入输出滤波器,其三级滤波电路具有抑制电流谐波和RFI滤波的双重作用,能够抑制共模和差模噪音。滤波器的安装越靠近电源和输出端越好,理想状态是连接到滤波器的导线为零。根据隔爆腔的结构,将滤波器垂直安装在输入电源侧,输出滤波器安装在逆变输出侧,导线尽量短。同时,做好滤波器的输入输出线的屏蔽,屏蔽层的两端以低阻抗导线与外壳相连,滤波器的自身接地点也以低阻抗导线与外壳相连。

由于变频器内存在着IGBT和高频电路等高速开关,所以在电路中出现分布电容和分布电感,在磁能和静电能的转换过程中,产生振荡现象,形成电磁波发射,这就产生了电磁噪声。所以,最有效的消除办法就是切断IGBT等高速开关的电磁波的空间辐射。整改措施就是在IGBT和整流模块上安装屏蔽罩,切断其电磁波的空间辐射。

对于变频器中其余的线路走向,按照输入输出完全分开,沿腔体左右分开,弱电、控制线不和主电路线铰接,尽量不平行走线的原则实施。并且变频器逆变出来的电路全部用屏蔽电缆走线,屏蔽层两端分别接地。

整改完成后的测试数据如图2。从图2中可以看出各频率段测试结果完全符合要求,达到预期目标。在现场的使用过程中,变频器和各级开关都能够正常运行,达到了理想的状态。

3 结语

由于煤矿井下空间的限制,对于设计隔爆型变频器来说,一般会尽量控制变频器外壳的尺寸,从而给布局内部电器元器件的带来了很多麻烦。但根据以上的理论和实践,希望能为设计人员提供参考,在设计初期就把防爆壳的机械设计和内部的电器设计合理地结合在一起。

摘要：基于电磁兼容设计的原则,为矿用隔爆型变频器提出合理的整改方式,经实际检测和应用,取得了良好的效果。

关键词：隔爆型变频器,电磁兼容(EMC),电磁干扰(EMI)

参考文献

[1]柯达里(Kodali,V.P.)编著:陈淑凤等译.工程电磁兼容(第2版)[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]周志敏,纪爱华.电磁兼容技术[M].北京:电子工业出版社,2007.

隔爆型变频器篇2

关键词：隔爆型,变频装置,井下供电

1 问题的提出

目前内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司巴彦高勒矿井采用的是BRW315/31.5型乳化液泵站, 配用电动机功率为315k W、电压1140V。当工作面设备需要供液时, 泵排出的高压乳化液进入系统执行元件采面设备动作。当采面不需供液或需要供液流量较小系统压力高于设定压力时, 泵排出的乳化液经卸载阀和回液管返回到泵箱的储液室, 卸载阀内的单向阀关闭, 高压系统与卸载回路隔断, 系统维持在高压状态, 处于空载运转状态。当采面液压系统的液压元件动作, 液压系统压力下降至卸载阀的恢复压力时, 卸载阀切断卸载回路, 打开单向阀向液压系统供液。随着综采工作的安装完成, 液压支架的推溜和移架等动作都是间歇性的, 每次的工作时间极短, 动作时间也不固定除在动作时间需要提供高压液体外, 其余多数时间液压系统执行元件都处于静止支撑状态, 不需要向系统供液。但为了保证执行液压元件随时都能动作, 乳化液泵站必须连续不间断运转。传统采用真空磁力启动器控制的乳化液泵站不能根据液压系统的实际需求量自动调整泵站的供液量, 系统长期处于高压大流量工作状态, 在工作面设备不需要高压液体时, 多余的液体只能通过卸载阀回流到乳化液箱, 系统运转磨擦产生的热量使泵体温度升高系统内密封件老化较快造成串液和漏液, 电动机和泵体一直处于全速运行状态加快了机械磨损, 卸载阀频繁开启和关断直接造成寿命较短, 增加维修频次和成本的投入。电动机采用直接启动方式, 启动电流为电动机额定电流的4~7倍, 对电网造成较大的冲击, 对电网容量的要求也较高。启动产生的振动和磨擦对泵体和阀门部件的损害极大。当工作面不需要高压液体时, 电动机仍然以额定转速运转, 泵站长期高负荷运行浪费了大量的电能。

2 改进实施方案

如图1所示, 针对原控制方式存在的问题, 将原矿用隔爆兼本质安全型真空电磁启动器控制乳化液泵站运行改为矿用隔爆兼本质安全型变频调速控制装置控制乳化液泵站运行。

乳化液泵站供电系统分别由四部分组成: (1) 矿用隔爆兼本质安全型变频调速控制装置 (ZJT1-315/1140) ; (2) 自动配油箱 (以下简称“油箱”, 标准尺寸) ; (3) 自动配液箱 (以下简称“液箱”) ; (4) 乳化液泵组构成。

变频装置由2个独立隔爆箱组合而成。右箱即是整个装置的总电源箱, 又是控制系统工频旁路的控制箱, 同时也是整个系统的控制核心部分。箱内装有电源隔离开关, 可编程控制器及相关模块, 工频回路真空接触器, 三相变压器、控制变压器, 电压、电流互感器, 电度表, 彩色显示屏。显示屏中显示当前泵站的所有监控数据及运行状态。

油箱内预先盛放乳化油以便系统完成自动配液功能。内装油位传感器1只, 泵室内安装“配液油泵”1台、“校正油泵”1台, 外挂1台便携式油泵。侧面装有隔爆型接线箱。

液箱内实现自动配液功能。内装液位传感器1只, 浓度传感器1只。外部装有系统压力传感器1只, 系统压力卸载电磁阀1只, 尾部装有进水配液电磁阀1只、进水校正电磁阀1只。头部泵组吸液位置装有“吸液在线定时自动反冲洗过滤器”2只。尾部装有“回液在线定时自动反冲洗过滤器”2只。

乳化液泵组分别加装传感器进行数据监控和保护, 分别有“润滑油温度传感器”1只、“润滑油压力传感器”1只、“润滑油油位传感器”1只、“泵组蓄能器压力传感器”1只。如果定制的乳化泵组还可以监控乳化泵电机绕组温度和电机轴承温度。

3 主要控制方式

泵站电动机启动时变频调速装置从零频率逐步提升到电动机额定频率。当液压系统的实际压力P低于设定压力低限值P1时, 泵站从零速开始启动迅速提升到全速运行状态保证乳化液使用需求。当液压系统乳化液需求减少系统的实际压力P高于设定压力高限值P2时, 经T1时间的延时后若实际压力仍然偏高, 变频器将频率降低到35HZ, 若压力能满足使用要求则维持此变频运行;若实际压力P仍然在高压设定压力上限P2经T2时间的延时后, 实际压力仍然偏高, 变频器将频率降低到25HZ;若压力满足要求, 则维持当前频率运行, 若P仍大于P2经过设定延时时间 (休眠时间) 后, 变频器将速度降为零。任何时候一旦检测到实际压力P低于设定压力下限P2时变频器立即恢复到全速运行状态, 保证在最短时间内获得所需工作压力。卸载阀调整时必须保证其卸载压力略高于系统设定压力上限P2。控制系统增设油温传感器可随时观察到泵体油温, 当检测油温超过设定值时系统报警并停机提示及时检修。控制系统加装了液位传感器可观察泵箱液位, 当乳化液量低于设定下限时系统报警并停机提示及时补充液体。

4 结束语

通过隔爆变频器在巴彦高勒矿井综采面乳化液泵站上的成功应用, 证明了采用隔爆变频器能极大的提高乳化液泵运行的可靠性, 提升了系统的功率因数, 减少了电动机的无功功率损耗, 降低了机械损耗, 提高了乳化液泵使用寿命和可靠性, 节约了后期的维修投入, 值得进一步推广应用。

参考文献

[1]丁太木.变频器在煤矿井下皮带输送机中的应用[J].煤炭技术, 2007, 26 (09) :30-32.

隔爆型变频器篇3

该产品采用先进的电力电子技术、热管散热技术实现煤矿井下电动机的重载启动、功率平衡、变频调速、方向控制、软启软停、能量回馈等功能,可消除机械及电气冲击,延长设备使用寿命,达到节能降耗的效果。

该产品控制方式灵活,通信接口丰富,自动调节多台电动机功率平衡,是调速型液力耦合器、CST (Controlled Start Transmission,可控启动传输)等机械设备的理想替代产品,可实现节能运行,即根据实际负载情况,自动控制电动机的转速,降低电动机设备损耗,并且其结构简单,采用快开门结构,安装、检修、维护方便。

隔爆型变频器篇4

BPJ4/5矿用隔爆兼本质安全型交流变频器由煤炭科学研究总院常州自动化研究院研制推出, 是针对1 140 V电动机而开发的新一代矿用变频器, 核心部件为原装进口产品。该变频器采用矢量控制技术, 适用于交流50 Hz、电压1 140 V的供电系统, 对350 A及以下三相交流电动机进行调速控制, 能实现交流电动机各种负载情况下的平滑启动、停车、调速等功能, 彻底消除机械及电气冲击, 延长设备使用寿命。

隔爆型变频器篇5

在煤矿巷道掘进中, 传统的矿用局部通风机不具备调速功能, 为了排放瓦斯或其他原因需要控制通风机风量时, 常采用扎风筒、遮挡局部通风机入口、断开风筒、接三通风筒等方法来调节进入工作巷道的风量[1], 其方法简单易行, 但都需要人工进行操作, 一旦操作不当则可能导致重大事故。随着科技进步, 近几年来矿用隔爆型变频调速装置也开始用于局部通风机的速度调节, 配合瓦斯浓度传感器, 可以安全快捷地进行自控排放瓦斯, 不过该类变频调速装置存在2点不足:第一是采用热管散热器, 由于是被动散热, 散热器体型大, 导致调速装置体型大, 不方便在巷道中安放布置;第二是变频器在对通风机的电动机进行速度调节时, 只是根据输出频率来调节转速, 并不知道局部通风机的实际输出风量。为此, 研制了煤矿风机用隔爆兼本质安全型变频控制装置, 其与局部通风机连接在一起, 并利用通风机风道内的巨大风量为风道式变频调速装置的散热器散热, 其结构紧凑, 同时该变频控制装置还可在线测量和显示通风机工作风量、风压、功率、效率等参数, 为瓦斯通风管理提供可靠数据。

1 变频控制装置的结构

煤矿风机用隔爆兼本质安全型变频控制装置由风道式隔爆变频调速装置、控制及显示装置和机壳组成, 安装在对旋式局部通风机的集流器及一级筒体之间, 见图1。

2) 控制及显示装置内安装有液晶显示面板、操作按钮、PLC、控制变压器、中间继电器等元器件。其中液晶显示面板和操作按钮共同完成人机信息交互功能;PLC是整台设备的核心控制器件, 负责运行操作程序, 读取瓦斯浓度传感器的信号, 并通过MODBUS总线与变频器进行通信, 控制变频器的输出频率。

3) 对旋式局部通风机则与普通风机完全一样, 只是在其集流器与一级筒体之间安装了隔爆变频调速装置。

2 变频控制装置的安装与布置

煤矿风机用隔爆兼本质安全型变频控制装置与对旋局部通风机安装在进风巷, 动力电源通过隔爆型真空磁力启动器接入风道式隔爆变频调速装置, 同时T1、T2、T3瓦斯浓度传感器的信号线缆接入控制及显示装置内。根据《煤矿安全规程》的相关规定, 高瓦斯矿井的掘进工作面可布置2台矿用智能局部通风机, 一备一用, 2台智能风机之间用通信线缆连接, 如果其中1台出现故障, 另1台可自动启动。其安装布置见图2。

3 变频控制装置的工作原理

如图2所示, T1、T2、T3为瓦斯浓度传感器, 分别检测掘进工作面、掘进出口、回风混合处的瓦斯浓度, 变频控制装置根据T1、T2、T3的瓦斯浓度值来自动调节通风机输出风量, 保证通风过程中巷道各个地点的瓦斯浓度不超过标准规定。

3.1 自控排放瓦斯功能

当T1、T2、T3中任意一个瓦斯浓度值超过允许值时, 变频控制装置进入自控排放瓦斯状态, 此时系统程序以T3的甲烷体积分数小于1.0%为判别条件, 当T3值增大, 输出频率减小时, 通风机输出风量也减小;当T3值减小, 输出频率增大时, 通风机风量增大。变频控制装置在30~50 Hz内连续调节输出频率, 进行最大效率安全排放瓦斯。当T1、T2、T3的甲烷体积分数降到允许值以内时, 延时10 min后, 系统完成排放瓦斯过程, 自动返回自控通风状态[2]。

3.2 自控通风功能

当T1、T2、T3的瓦斯浓度值都在允许值以内时, 变频控制装置进入自动通风状态。此时, 输出频率为30~50 Hz。调速装置输出频率由T1值决定, 在T1的甲烷体积分数小于1.0%条件下, 当T1值增大, 输出频率增大, 风机风量增大;当T1值减小, 输出频率减小, 风机风量减小, 频率在30~50 Hz连续可调, 实现节能通风。

3.3 在线测量风量功能

变频控制装置通过电动机功率来判断风机的风量和压力, 其工作原理如下[3]:

1) 预先测定通风机在各频率下的空气动力性能曲线, 见图3。

2) 将试验数据输入控制程序中, 在任意频率下的风机功率、风量、压力可以通过通风机相似原理算出。

3) 在已知频率下, 风机功率与风机风量、压力呈一一对应关系, 通过变频器可直接测得通风机的电动机功率, 由功率的对应关系可以得到通风机运行的实时风量、压力。

如果掘进巷道瓦斯浓度变化不大, 用户也可以根据需求通风量来指定风机运行风量, 变频控制装置通过风机功率来判断风机风量和压力, 自动调节输出频率, 使通风机始终在用户指定风量点运行, 以达到节能运行的目的。

3.4 其他功能

1) 主备通风机自动切换功能。

2) 温度保护功能。变频控制装置能对局部通风机的电动机绕组温度进行监控, 一旦发现温度超过保护限制, 则自动停机保护, 并切换到备用智能风机工作。

3) 风电闭锁功能, 瓦斯电闭锁功能。

4) 报警功能。当变频控制装置有故障出现时, 液晶显示屏的画面会自动弹出中文报警信息, 指出故障现象和处理方法。

5) 记忆功能。在自控排放瓦斯功能下, 变频控制装置能够循环保存最近10次的排放瓦斯过程, 并能查询起始时间、瓦斯浓度、排放瓦斯结束时间、运行最高频率、运行最低频率。