机电设备论文煤矿在用机电设备变频器谐波分析

来源：核心期刊咨询网时间：2016-08-26 10:3512

摘要：这篇机电设备论文发表了矿在用机电设备变频器谐波，论文指出了煤矿在用机电设备变频器的谐波源，提出了针对变频器的谐波治理对策，可为相关专业技术人员提供参考。煤矿在用机电设备变频器是产生谐波的源泉之一，其对煤矿安全生产过程中数据的传输以及煤矿供电

　　这篇机电设备论文发表了矿在用机电设备变频器谐波，论文指出了煤矿在用机电设备变频器的谐波源，提出了针对变频器的谐波治理对策，可为相关专业技术人员提供参考。煤矿在用机电设备变频器是产生谐波的源泉之一，其对煤矿安全生产过程中数据的传输以及煤矿供电质量有着重要影响。

　　摘要：主要介绍煤矿在用机电设备变频器的工作原理、谐波的产生机理，指出了变频器的谐波源，并提出了谐波抑制对策。

　　关键词：机电设备论文,变频器,谐波,抑制

　　引言

　　在传动控制领域，很多煤矿机电设备都采用了变频器进行调速。变频器调速有很多优点，但其逆变电路系统的开关特性会产生非线性负载。变频器在煤矿井下与别的机电设备例如用于检测煤矿井下瓦斯含量的传感器同时运行，其产生的谐波就会造成瓦斯传感器的传输数据失真。

　　1变频器的工作原理及谐波的产生

　　1.1变频器的工作原理变频器是交流电气传动系统的一种，是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电源的电力电子变换装置;是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电机的电力控制设备。变频器一般由整流、滤波、逆变、驱动单元、制动单元、检测单元、微处理单元等组成。一般交流低压交—直—交通用变频器系统如图1所示。1.2变频器谐波的产生1.2.1变频器输入端谐波产生机理变频器的主电路构成一般为交—直—交，外部输入的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。1.2.2变频器输出端谐波产生机理在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件，其PWM最高载频可达15kHz。输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他各次谐波。

　　2煤矿在用机电设备变频器谐波源及危害

　　2.1煤矿在用机电设备变频器的谐波源煤矿在用机电设备变频器的谐波源主要是煤矿在用机电设备中使用变频器的设备，如煤矿在用提升机系统、煤矿在用通风机系统、煤矿井下排水系统、机修厂房中的电焊机系统等。2.2遵义市某煤矿在用变频提升机系统电力谐波检测通过FLUKE435Ⅱ电能质量分析仪对遵义市某煤矿矿井提升机进行谐波测试，相关数据如表1～2、图2～4所示。综上数据可知，谐波主要为3次、5次、7次特征次谐波。A相谐波电流125A，B相谐波电流128A，C相谐波电流124A;A相电流谐波畸变率43.87%，B相电流谐波畸变率46.81%，C相电流谐波畸变率46.04%。因此，该煤矿低压配电系统中谐波污染严重。2.3煤矿在用机电设备变频器谐波危害一般来讲，谐波对大容量电力系统的影响是微乎其微的，但是对于小容量的电力系统，谐波干扰造成的危害则很大。煤矿在用机电设备变频器谐波的危害大致有：(1)变频器谐波会造成谐波损耗，降低机电设备的使用效率。大量谐波一般会在通过中线时发热，从而引发电气火灾。(2)变频器谐波会造成机电设备故障频发。谐波对机电设备的影响主要有过电流、机械振动偏大、机电设备元件过热、电力电缆绝缘老化。(3)变频器谐波会引起串并联谐振，造成谐波放大，增加谐波对机电设备的危害程度。(4)变频器谐波会对通讯系统产生干扰，使通讯数据传输失真。谐波对通讯系统的影响主要存在于两个方面，即监控系统和通讯系统。通讯系统主要是煤矿井下瓦斯检测数据传输系统，谐波会对瓦斯检测设备的数据产生影响，造成数据失真;监控系统主要是煤矿井下人员定位系统，谐波会造成井下人员定位系统的人员数量以及人员定位的位置信息错误。

　　3煤矿在用机电设备变频器谐波治理

　　变频器在极大地提高工业生产效率，带来可观经济利益的同时，也给供电系统带来了大量的谐波，造成了供电质量偏差;另一方面，随着现代科技知识的应用，大量的对谐波敏感的机电设备应用越来越普及，而这对供电质量的要求越来越高，现在国外已经制定了相关的谐波标准，并提出了谐波治理措施，以限制谐波对供电系统的污染。鉴于变频器在节能和调速方面的优点，当前，很多煤矿企业存在盲目使用变频器的情况。然而，盲目使用变频器会带来诸如电网谐波污染以及机电设备被谐波干扰的问题。在实际的生产过程中，可以在需要调速的设备上使用变频器，固定速度的设备无需使用，如皮带机。3.1电抗器抑制谐波(1)输入电抗器。将交流电抗器串联在电源和变频器之间，如图5所示，对高次谐波电流具有抑制作用，可以使变频器免受来自电源的浪涌电流冲击，降低供电系统电源的不平衡度，提高供电电源的功率因数。(2)输出电抗器。一般而言，变频器经逆变输出后，会产生一定的过电压，这将导致电动机无法正常运转。可以通过串联输出电抗器进行限制，如图6所示。3.2滤波器抑制谐波滤波器一般分成输入、输出滤波器，滤波器可以有效消除变频器电路中的高频谐波电流，并抑制电磁干扰噪声的传导。在生产的过程中，可以使用诺比节能产品。3.3多相脉冲整流抑制谐波可以采用多相整流的方法抑制谐波的产生。一般而言，18相脉冲整流的畸变大约为12相脉冲整流的畸变的一半，完全满足国际标准的要求。

　　4结语

　　本文客观地介绍了变频器的工作原理、谐波的产生机理，指出了当前煤矿在用机电设备变频器的谐波源。通过实地煤矿检测，论证了煤矿在用机电设备变频器谐波的存在，并提出了谐波抑制对策。

　　作者：黄松 单位：贵州煤矿矿用安全产品检验中心

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