侯彪

摘要：煤礦機(jī)電設(shè)備不同于普通的電器設(shè)備，它對(duì)設(shè)備的安全和質(zhì)量等級(jí)要求很高，必須保證設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題。但是變頻器干擾問(wèn)題一直是困擾煤礦行業(yè)的常見(jiàn)問(wèn)題，造成故障的原因很多，需要工程師結(jié)合理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析，最后解決問(wèn)題。本文主要以某礦井變頻器故障為實(shí)例，論述了如何解決變頻器干擾的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電設(shè)備；變頻器干擾；故障；理論知識(shí)

背景

變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果成為目前最流行的交流調(diào)速方式。逆變器系統(tǒng)的軟啟動(dòng)可以減少設(shè)備和電機(jī)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。變頻器及其節(jié)電、高可靠性和高效率廣泛應(yīng)用于各行各樣的等電氣設(shè)備中，保證了使用的精度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效率，但也帶來(lái)了一些干擾問(wèn)題。嚴(yán)重的干擾會(huì)對(duì)其控制電路造成損害，對(duì)微處理器失去控制等，導(dǎo)致設(shè)備和生產(chǎn)事故。因此，工程技術(shù)人員應(yīng)熟悉逆變器干擾的類(lèi)型、原因及對(duì)策，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

具體案例說(shuō)明：鉆井一公司項(xiàng)目一部鉆井隊(duì)的設(shè)備是于2012年8月份投產(chǎn)使用的，設(shè)備在某石油機(jī)械廠(chǎng)驗(yàn)收期間就發(fā)現(xiàn)CAT發(fā)電機(jī)組存在突然停機(jī)問(wèn)題。同時(shí)，由于發(fā)生停機(jī)的時(shí)間不確定，發(fā)生頻率不高，停機(jī)后還能正常啟動(dòng)，沒(méi)有任何異常顯示，停機(jī)問(wèn)題一直沒(méi)能找到根本原因，后來(lái)經(jīng)多次處理都沒(méi)能徹底解決此項(xiàng)問(wèn)題。

隨著設(shè)備使用年限增加和電氣元件老化，CAT發(fā)電機(jī)組停機(jī)評(píng)論隨之增加。在正常生產(chǎn)時(shí)，井隊(duì)由于此問(wèn)題造成多次頓鉆，溜鉆事故，對(duì)設(shè)備造成損壞的同時(shí)影響鉆井生產(chǎn)的順利進(jìn)行，加大了井下事故的發(fā)生頻率，嚴(yán)重威脅人身、設(shè)備、井下安全。

1.鉆井隊(duì)變頻器遇到具體的故障

鉆井隊(duì)在依深1井起井架前，變頻器速度反饋使用編碼器時(shí)，系統(tǒng)電流相對(duì)較小，就會(huì)出現(xiàn)CAT發(fā)電機(jī)組頻繁停機(jī)情況；如果速度反饋不適用編碼器，系統(tǒng)電流相對(duì)較大，停車(chē)頻率會(huì)有所減少，但絞車(chē)同步問(wèn)題就得不到保證。另外，CAT發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)指示燈一直閃爍；停機(jī)前，儀表盤(pán)上指示進(jìn)氣阻力增大，轉(zhuǎn)速下降停機(jī)。

2.干擾的原因分析

2.1變頻器產(chǎn)生的干擾

變頻器由主電路和控制電路兩部分組成。變頻器整流橋?qū)τ陔娋W(wǎng)來(lái)說(shuō)是一種非線(xiàn)性負(fù)載（開(kāi)關(guān)作用），在工作的時(shí)候產(chǎn)生的高次諧波，這些高次諧波會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的其他電器設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾?？刂苹芈肥且粋€(gè)小的能量和微弱的信號(hào)環(huán)，極易受到其他設(shè)備的干擾，導(dǎo)致逆變器本身和外圍設(shè)備無(wú)法正常工作。逆變器逆變器主要采用PWM技術(shù)。在實(shí)際工作時(shí)需要高速的切換工作模式，這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的耦合噪聲。這些噪聲信號(hào)就會(huì)以各種方式進(jìn)行能量的傳播，形成逆變器本身和其他設(shè)備的干擾信號(hào)，這種干擾在實(shí)際的工程項(xiàng)目中經(jīng)常出現(xiàn)。

2.2電網(wǎng)對(duì)變頻器的干擾

電網(wǎng)的干擾主要是通過(guò)影響變頻器的電源來(lái)干擾變頻器。在實(shí)際工作中，電網(wǎng)中存在著很多諧波源，如各種整流設(shè)備、交流直流交換設(shè)備、電子調(diào)壓設(shè)備、非線(xiàn)性負(fù)載、照明設(shè)備等。這些負(fù)載容易導(dǎo)致電網(wǎng)中的波形和電壓失真，可能對(duì)電網(wǎng)中的其他設(shè)備造成有害干擾。在逆變器的電源被受污染的交流電網(wǎng)干擾后，如果未處理，電網(wǎng)噪聲會(huì)通過(guò)電網(wǎng)供電線(xiàn)路干擾逆變器。電源對(duì)逆變器的干擾源主要表現(xiàn)為如下幾種故障：過(guò)電壓、欠壓、瞬時(shí)功率損耗、大幅下降、峰值電壓脈、無(wú)線(xiàn)電頻率干擾等。其次，通過(guò)逆變器控制信號(hào)線(xiàn)的共模干擾也會(huì)干擾逆變器的正常工作。

在上面的式子中： f表示的是電源頻率；p表示的是電機(jī)極對(duì)數(shù)；s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；n表示的為電機(jī)轉(zhuǎn)速，只要改變f，就可實(shí)現(xiàn)n的變化而達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。當(dāng)電源網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)大容量的晶閘管在進(jìn)行整流工作時(shí)，因?yàn)榫чl管在進(jìn)行整流工作時(shí)，它的每一相位都會(huì)有一段時(shí)間處于打開(kāi)狀態(tài)，容易造成電壓的缺口，這時(shí)候的波形會(huì)嚴(yán)重失真。逆變器輸入端整流電路由于反向恢復(fù)電壓較大而損壞，最終導(dǎo)致輸入電路故障損壞。

3. 變頻器故障分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，造成CAT發(fā)電機(jī)組頻繁停機(jī)的主要原因是變頻器的電磁兼容性不好，加之多年使用后，變頻器中的電氣元件存在不同程度的老化，所以變頻器在使用時(shí)產(chǎn)生大量高頻有害解波，這些有害諧波對(duì)CAT發(fā)電機(jī)組上的DC24V電源產(chǎn)生影響，同時(shí)干擾CAT發(fā)電機(jī)組上的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速信號(hào)。另外，動(dòng)力電纜和控制電纜在敷設(shè)時(shí)都在同一個(gè)電纜槽內(nèi)，電磁感應(yīng)也會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生一定干擾。

4. 變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾對(duì)策

在工業(yè)領(lǐng)域，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧p少干擾，并在允許的范圍內(nèi)抑制干擾。電磁干擾（EMI）的形成必須包含三個(gè)要素：電磁干擾源、電磁干擾路徑和對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)。相應(yīng)地，抗干擾有三種基本原則：一是從源頭入手，抑制和消除干擾源；二是切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的傳播路徑；三是降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的靈敏度。

在工程中，屏蔽、隔離、濾波、接地等通常用于抑制干擾。

4.1屏蔽干擾源

屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效途徑。通常情況下，逆變器本身由鐵殼屏蔽，輸出線(xiàn)由鋼管屏蔽，以避免電磁干擾的泄漏。同時(shí)，信號(hào)線(xiàn)盡可能短（一般在20米），和信號(hào)線(xiàn)屏蔽的雙核心，連接到主電路（AC380 V）和控制線(xiàn)（AC220 V）是完全分離的，和周?chē)拿舾须娮釉O(shè)備線(xiàn)路也必須保護(hù)，必須可靠的接地和屏蔽。

4.2進(jìn)行濾波處理

濾波是通過(guò)電源線(xiàn)對(duì)電源和電機(jī)的傳導(dǎo)干擾來(lái)抑制逆變器的干擾信號(hào)。濾波器是用于衰減高頻諧波分量。在逆變器的輸出端提供一個(gè)輸出濾波器，以減少其他因素對(duì)于電源的干擾。同時(shí)也可以在逆變器的輸入端可以設(shè)置一個(gè)輸入濾波器，以減少來(lái)自電網(wǎng)的干擾。

圖1 微機(jī)控制板的電源抗干擾措施

4.3設(shè)置公地線(xiàn)

接地線(xiàn)是工程上最常見(jiàn)的抑制干擾傳播的方式。良好的接地能有效抑制外界干擾，同時(shí)也能夠減少設(shè)備本身的干擾。但是電機(jī)等強(qiáng)電氣控制系統(tǒng)的接地線(xiàn)必須進(jìn)行的可靠接地，同時(shí)微機(jī)控制板的屏蔽接地應(yīng)單獨(dú)接地，他們不可以公用地線(xiàn)。對(duì)于某些嚴(yán)重的干擾情況，建議將傳感器和I/O接口屏蔽連接到控制板的控制地面。

4.4采取隔離措施

隔離是指從電路中隔離干擾源和容易受到干擾的部分。通常，在電源和放大器電路之間的電源線(xiàn)上使用隔離變壓器，最常用的變壓器光耦隔離裝置，這樣可以將電信號(hào)隔離開(kāi)來(lái)，可以最大程度地減少避免干擾。

5. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次設(shè)備改造，我們用較少的投入，有效解決了長(zhǎng)期困擾鉆井隊(duì)的疑難問(wèn)題，使設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也避免了井下復(fù)雜事故的發(fā)生，更為人身安全、設(shè)備安全和技術(shù)安全提供了可靠保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]滿(mǎn)永奎等.通用變頻器及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2002年， 6（9）：146 -150

[2]劉宏鑫.在采用變頻器控制系統(tǒng)中接地問(wèn)題的研究[ J].變頻器世界，2002，6（9）：46 -50

[3]張燕賓.變頻器調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐.機(jī)械工業(yè)出版社，2001年，7（8）：42 -46

[4]李良仁等.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2004年