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[摘要]：本文阐述了变频调速装置在煤矿中使用情况、分析谐波产生的原理及传播途径，再根据分析结果找出效抑制谐波干扰的对策。
[关键词]：变频器 煤矿 谐波 干扰
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009-914X（2012）35- 0418-01
随着科学技术的飞速发展，煤矿机电设备装机容量和设备的自动化程度越来越高，先进自动化设备的使用为矿山实现安全生产提供了强有力的保障。变频器具有优异的节电效果和方便的电机调速性能，被广泛的应用于现代化的采煤机、皮带机、风机等大功率电机上。变频器在工作中进行的整流、逆变，会在输入输出回路中产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。下面我们从变频器的工作原理、在煤矿生产中使用情况、谐波产生的原理及传播途径，再根据分析结果找出效抑制谐波干扰的对策。
一、变频调速的工作原理
随着变频器技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为各单位节能降耗、提高效率的重要手段。下面我们简单叙述一下，变频调速的原理。
变频调速原理
n=60 f（1-s）/p （1）式中n———异步电动机的转速；
f———异步电动机的频率；
s———电动机转差率；
p———电动机极对数。
由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽，变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。
二、变频器在山西焦煤集团各矿井中的应用情况
近几年来，变频调速技术在我集团各煤矿中的通风、采煤、运输、等各系统中得到了广泛的应用，下面简单介绍，变频调速在我集团公司煤矿主要生产系统中的运行特点。
1 矿井主通风机实现自动化调频控制
矿井主通风机全年不停地运行，其电耗量很大，平均电耗约占矿井电耗的15%。因此通风设备调节方式的选择，决定了整个矿井的吨煤电耗及风机的使用寿命，以及企业的经济效益。经变频改造实现后的效果：
（1）可以实现远程监控，对矿井做到精确配风，确保矿井通风安全。
（2）节电效果显著。根据实测，风机在满足矿井通风情况下，全年可节电48.34万度。
（3）减少了对电网的冲击。采用变频调速后，系统实现软启动，电机启动电流不超过额定电流，启动时间相应延长，对电网无冲击，延长了电机及风机的使用寿命。
（4）维护量减少。采用变频调速后，由于启动平稳，低速运行，风机的振动、噪音和温度明显降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封、轴承的寿命。有效延长了检修周期，减少了检修维护量，节约大量维护费用。
2、变频调速在采煤机调速中的应用情况
近年来采煤机的技术发展日新月异，采煤机装机功率不断增加。为了满足高产高效综采工作面快速割煤对采煤机的高强度、高性能需要，不论是厚、中厚煤层还是薄煤层采煤机，已基本全部实现变频调速，主要特点如下：
（1）具有良好的牵引特性：可以在采煤机前进时提供牵引力。使其克服阻力移动；也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。采煤机能在所有条件下按要求的速度运行。
（2）电牵引和液压牵引不同，运行可靠，使用寿命长，工作可靠，故障少，维修工作量小。
（3）反应灵敏，动态特性好：电控系统能及时调整各种参数.防止采煤机超载运行。
（4）结构简单、效率高：电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99%，而液压牵引采煤机的效率只有65%—70%左右。
3、变频调速装置在胶带输送机的应用
我矿主要运输皮带（东曲矿运煤通道主皮带），整部输送机由3台电压为6000KV，功率为630KW的异步电机并联拖动。调速方式采用西门子变频器进行变频调速，该6 kV高压变频调速带式输送机于2008年7月安装调试投入运行以来，运行情况良好，主要特点表现在以下几个方面：
（1）有效地实现启动加速度控制、运行调速控制、力矩平衡控制及速度同步控制。启制动过程输送带无震颤，噪声低，从而显著延长了输送机的使用寿命，并实现经济运行。
（2）对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动等，可以适用于由普通国产电机做为主驱动电机的各类带式输送机。
（3）控制面板可完成对系统监控及集控、就地、检修、手动等不同工况下的操作控制。
（4）完善的带式输送机各种故障检测及全面的故障监控功能。实现控制系统的自检、报警、信号记忆。
（5）高压变频调速控制系统可有效地改善和提高带式输送机启动、运行控制性能，实现了带式输送机的安全、高效、经济、可靠运转，延长输送带、主驱动电机、减速机等传动设备的使用寿命。
三、变频器谐波产生的原因、传播途径及处理方法
1、变频器谐波产生的原因
变频器的主电路中起开关作用的元器件，在通断电路的过程中，都要产生谐波。较低次谐波通常对电动机负载影响较大，引起转矩脉动；而较高的谐波则使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足。谐波干扰还会导致继电保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。
2、变频器产生谐波的传播途径
变频器产生的谐波的传播途径有四种：
沿着输入线路向上传导进入输入电路，继而对同一电源上的其他用电器产生干扰；
沿着输出线路向下传导，进入终端负载，继而对终端负载产生不良影响；
由整流部分和逆变部分产生的高次谐波电流，通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备；
通过电磁感应及通过线路间的分布电容，传播到邻近的线路中，干扰其他设备。
3、抑制谐波干扰的方法
按照目前技术来看，变频器产生谐波是无法避免的，那么我们就只能在传播途径上采取措施来减少谐波的干扰。即传导干扰主要在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽等等。常用的处理方法有如下几种：
（1）变频系统使用单独的供电电源，与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断向上传导的谐波电流。
（2）在大容量的变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装LC 型谐波滤波器，用于吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，从而达到抑制谐波的目的。
（3）电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，形成辐射屏蔽层，可以衰减掉大部分谐波辐射。另外，與其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，这样就可以基本上避免辐射干扰了。
（4）信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少30cm以上），切断辐射干扰。
（5）变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
（6）在受干扰的小容量电子设备之前增加滤波电路，或增加隔离变压器。
（7）适当降低载波频率，可以降低变频器输出电流的辐射强度。
四、结束语
变频调速现已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。相信变频调速装置在煤矿的应用将会越来越广泛。
[参考文献]
[l]张旭生<采煤机电气设备与电气控制技术）[J].科技资讯2007（12）.
[2]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，ZIX旧.
[3]何超. 交流变频调速技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[4]姚为正《电力电子技术》
[关键词]：变频器 煤矿 谐波 干扰
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009-914X（2012）35- 0418-01
随着科学技术的飞速发展，煤矿机电设备装机容量和设备的自动化程度越来越高，先进自动化设备的使用为矿山实现安全生产提供了强有力的保障。变频器具有优异的节电效果和方便的电机调速性能，被广泛的应用于现代化的采煤机、皮带机、风机等大功率电机上。变频器在工作中进行的整流、逆变，会在输入输出回路中产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。下面我们从变频器的工作原理、在煤矿生产中使用情况、谐波产生的原理及传播途径，再根据分析结果找出效抑制谐波干扰的对策。
一、变频调速的工作原理
随着变频器技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为各单位节能降耗、提高效率的重要手段。下面我们简单叙述一下，变频调速的原理。
变频调速原理
n=60 f（1-s）/p （1）式中n———异步电动机的转速；
f———异步电动机的频率；
s———电动机转差率；
p———电动机极对数。
由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽，变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。
二、变频器在山西焦煤集团各矿井中的应用情况
近几年来，变频调速技术在我集团各煤矿中的通风、采煤、运输、等各系统中得到了广泛的应用，下面简单介绍，变频调速在我集团公司煤矿主要生产系统中的运行特点。
1 矿井主通风机实现自动化调频控制
矿井主通风机全年不停地运行，其电耗量很大，平均电耗约占矿井电耗的15%。因此通风设备调节方式的选择，决定了整个矿井的吨煤电耗及风机的使用寿命，以及企业的经济效益。经变频改造实现后的效果：
（1）可以实现远程监控，对矿井做到精确配风，确保矿井通风安全。
（2）节电效果显著。根据实测，风机在满足矿井通风情况下，全年可节电48.34万度。
（3）减少了对电网的冲击。采用变频调速后，系统实现软启动，电机启动电流不超过额定电流，启动时间相应延长，对电网无冲击，延长了电机及风机的使用寿命。
（4）维护量减少。采用变频调速后，由于启动平稳，低速运行，风机的振动、噪音和温度明显降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封、轴承的寿命。有效延长了检修周期，减少了检修维护量，节约大量维护费用。
2、变频调速在采煤机调速中的应用情况
近年来采煤机的技术发展日新月异，采煤机装机功率不断增加。为了满足高产高效综采工作面快速割煤对采煤机的高强度、高性能需要，不论是厚、中厚煤层还是薄煤层采煤机，已基本全部实现变频调速，主要特点如下：
（1）具有良好的牵引特性：可以在采煤机前进时提供牵引力。使其克服阻力移动；也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。采煤机能在所有条件下按要求的速度运行。
（2）电牵引和液压牵引不同，运行可靠，使用寿命长，工作可靠，故障少，维修工作量小。
（3）反应灵敏，动态特性好：电控系统能及时调整各种参数.防止采煤机超载运行。
（4）结构简单、效率高：电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99%，而液压牵引采煤机的效率只有65%—70%左右。
3、变频调速装置在胶带输送机的应用
我矿主要运输皮带（东曲矿运煤通道主皮带），整部输送机由3台电压为6000KV，功率为630KW的异步电机并联拖动。调速方式采用西门子变频器进行变频调速，该6 kV高压变频调速带式输送机于2008年7月安装调试投入运行以来，运行情况良好，主要特点表现在以下几个方面：
（1）有效地实现启动加速度控制、运行调速控制、力矩平衡控制及速度同步控制。启制动过程输送带无震颤，噪声低，从而显著延长了输送机的使用寿命，并实现经济运行。
（2）对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动等，可以适用于由普通国产电机做为主驱动电机的各类带式输送机。
（3）控制面板可完成对系统监控及集控、就地、检修、手动等不同工况下的操作控制。
（4）完善的带式输送机各种故障检测及全面的故障监控功能。实现控制系统的自检、报警、信号记忆。
（5）高压变频调速控制系统可有效地改善和提高带式输送机启动、运行控制性能，实现了带式输送机的安全、高效、经济、可靠运转，延长输送带、主驱动电机、减速机等传动设备的使用寿命。
三、变频器谐波产生的原因、传播途径及处理方法
1、变频器谐波产生的原因
变频器的主电路中起开关作用的元器件，在通断电路的过程中，都要产生谐波。较低次谐波通常对电动机负载影响较大，引起转矩脉动；而较高的谐波则使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足。谐波干扰还会导致继电保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。
2、变频器产生谐波的传播途径
变频器产生的谐波的传播途径有四种：
沿着输入线路向上传导进入输入电路，继而对同一电源上的其他用电器产生干扰；
沿着输出线路向下传导，进入终端负载，继而对终端负载产生不良影响；
由整流部分和逆变部分产生的高次谐波电流，通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备；
通过电磁感应及通过线路间的分布电容，传播到邻近的线路中，干扰其他设备。
3、抑制谐波干扰的方法
按照目前技术来看，变频器产生谐波是无法避免的，那么我们就只能在传播途径上采取措施来减少谐波的干扰。即传导干扰主要在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽等等。常用的处理方法有如下几种：
（1）变频系统使用单独的供电电源，与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断向上传导的谐波电流。
（2）在大容量的变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装LC 型谐波滤波器，用于吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，从而达到抑制谐波的目的。
（3）电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，形成辐射屏蔽层，可以衰减掉大部分谐波辐射。另外，與其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，这样就可以基本上避免辐射干扰了。
（4）信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少30cm以上），切断辐射干扰。
（5）变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
（6）在受干扰的小容量电子设备之前增加滤波电路，或增加隔离变压器。
（7）适当降低载波频率，可以降低变频器输出电流的辐射强度。
四、结束语
变频调速现已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。相信变频调速装置在煤矿的应用将会越来越广泛。
[参考文献]
[l]张旭生<采煤机电气设备与电气控制技术）[J].科技资讯2007（12）.
[2]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，ZIX旧.
[3]何超. 交流变频调速技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[4]姚为正《电力电子技术》