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摘 要：本文分析了变频器的类型及基本结构，指出了传统变压器在检测周期、体积以及匝数等方面的缺陷，利用数学模型对其进行调压分析指征，在变压调节过程中引入变频参数理论，且利用谐振电路原理在绝缘耐压性检测方面采用变频器变压器设备，获得了预期效果
关键词：矿用设备;耐压性;中变频器
前言
矿压设备大多处于井下工作，相较地面，井下空间较小，且粉尘与湿度浓度较大，作业期间极易发生瓦斯爆炸与塌方问题。大多设备依靠电能驱动，在绝缘性能方面电气设备可以保证矿山生产的安全性，但自身绝缘性极易受到外界环境变化的影响。化学环境与电压的变化均可以大地之劣化绝缘性问题，甚至还会引起爆炸与火灾事故，为煤矿企业带来了诸多不利影响。对此，煤矿企业应利用数学模型分析设备绝缘性能，利用变频参数代替传统变匝参数，在合理设计谐振电路的基础上，设计变频变压器，提高运行效率，减少设备的体积与重量，满足耐压绝缘检测的目的。
1.变频器类型及结构
1.1种类
一是根据用途分类，根据输配电能情况可以分为降压与升压变压器;根据其他用途可以分为电压互感器、自耦变压器以及电流互感器等类型。二是根据交流电相数分类，分为三相变压器与单相变压器。且根据绕组个数可以分为双绕组变压器与三绕组变压器，其中双绕组变压器只可以将电源电压转变为一种电压等级，三相变压器与单相变压器均采用此种绕组方法。而三绕组变压器可以将电源电压转变为两种电压等级，联接三个不同电压的电网。除此之外，根据不同用途设计的变压器容量与电压等级具备较大差別，包括小型变压器、中型变压器、大型变压器以及特大型变压器等[1]。
1.2结构
一是铁心，这也核算与变压器磁路，分为心柱和铁轭两部分。二是绕组，连接交流电源的为一次绕组，被称为原边。连接负载绕组为二次绕组，被称为幅边，变压器油箱之中浸放绕组与铁心。三是变压器油，可以保证散热与绝缘效果。四是油箱，可以承受变压器、铁芯的重量，承担对箱壁的压力。变压器容量较大时，油箱外还应设置风扇等散热组件。五是绝缘套管，固定油箱绝缘与引出线，根据电压等级设置绝缘套管尺寸，且电压等级与绝缘套管尺寸之间呈正比关系。
2.绝缘耐压性能检测分析
2.1动力分析
煤矿生产过程中，选矿、研磨、磁选以及输送等设备均属于供电设备的运行基础，同步与异步电动机属于其他设备的驱动装置。由此看出，矿山生产的能源基础便是电能，在粉尘与剧烈震动环境下，同步与异步电动机绝缘性能极易遭到破坏，且受矿山生产环境的影响，研磨、输送、破碎以及浮选设备均应具备良好的绝缘性能，避免因绝缘不良导致设备外壳带电问题，充分保证生产操作人员的人身安全。井下生产环境比较恶劣，变频器设备发生的两相或三相短路问题会导致严重的爆炸与火灾事故，为了提升设备绝缘性，工作人员应及时正确做好检测工作[2]。
2.2传统分析方法
一是分析结构，调节电压数值并改变变压器匝数，利用交流调压器调整输入电压的大小，设计完善的性能测试图，其中升压变压器主要调整输入电压，但受测量因素的影响应采用直流带压。因此在升压后应利用整流器将交流电转变为直流电。在运行期间，变频器中的绝缘电阻可以杜绝设备老化后测量期间的击穿短路问题，准确测量设备绝缘等级。二是引入数学模型分析方法，引入变压原理，当原边加电压为220V时，当需要提高10kV时，则需要同比例增大原幅边。当原边匝数为20时，幅边需要匝数为909，会增大实验装置重量级体积，提高运行成本，且调压器主要通过改变匝数方法实现，因此调压器变化也会增加设备的重量及体积。矿山地区多偏远，环境恶劣，交通运输条件较差，引发了很多不必要的设备检测问题，且受体积及原材料消耗因素的影响，检测周期较长且成本较高，增大了设备事故的发生几率，因此必须改进检测设备。
3.检测设备优化设计
3.1变频变压数学模型分析
根据数学模型尅计算频率参数，矿山设备一般采用220V与380V电源电压，绝缘检测需要达到10kV-50kV的输出电压，此时应根据变频器对工频电压进行交流-直流-交流的变化情况，大幅度提高输出电压数值。
3.2谐振变压数学模型
在交流电路中，电感与电容的性质相反，调节期间若电压与电流出现相同情况则会出现谐振现象。此时若发生串联，则需要利用数学模型分析电压谐振或串联谐振。调整频率期间，当变频器调整满足标准时，感抗电压与容抗电压均可以被放大若干倍。感抗大于电路电阻，感抗与容抗输出电压较大，当倍数为250时，电压为220V时，电压被放大至550kV，从而可以满足矿山设备的检测电压数值。
3.3变频串联谐振方式
变频器在耐压测试期间，待测试品加压显示为容性，可以作为谐振电路中的容抗数值，为了促使电路发生谐振，应利用变频器改变输入电源频率，省去原有交流调压器与交流升压变压器，减小矿山设备耐压检测重量及体积，降低制造成本。在生产便携式高电压变频谐振耐压试验装置时，应严格遵照国家标准高电压实验技术关于电压波形的相关规定，试验电压频率一般为46-64Hz，采用交流电压。当进行部分特殊试验时，频率可能需要远低于或高于此电压范围，在一定范围内的试品，为了保证变频谐振试验频率控制在既定范围内，应采用增加谐振电容器或电抗器方式实现，满足工频试验参数要求，且变频串联设备所需的电源容量与重量体积应原低于普通变压器。比如当系统电压为220kV，电流为200Kv时，设备重量仅为传统试验变压方式的1/10，利用变频串联谐振方式代替传统模式，在满足各类型电缆交流试验要求的基础上，减轻现场工作量[3]。
结束语
矿山变频绝缘测试设备在滤波性能方面具备较大优势，可以产生可靠稳定的直流带压，并具备较高的容量裕度，具备较强的稳定与保护性能，且输出波形较好，可以被应用至各种矿井工作环境中。同时，设备质量较轻，体积小，携带灵活，并使用220V与380V电压，可以及时检测矿山设备的绝缘性，保证运行安全。
参考文献
[1]房亮 周游.检测矿山设备耐压性中变频器的应用[J].科技创新与应用，2014，0（10）.
[2]王大勇.变频器的选用及故障干扰处理探讨[J].化工管理，2017，0（33）.
[3]杭丹，廖大庆，刘嫚，等.变频器在煤矿的应用[J].电气工程，2013，1（01）：37-39.
作者简介：
苏畅（1977.3），女，硕士，副教授，现工作于黑龙江工业学院，研究方向：计算机控制
史健婷（1981.10），女，硕士，副教授，现工作于黑龙江科技大学，研究方向：计算机控制
关键词：矿用设备;耐压性;中变频器
前言
矿压设备大多处于井下工作，相较地面，井下空间较小，且粉尘与湿度浓度较大，作业期间极易发生瓦斯爆炸与塌方问题。大多设备依靠电能驱动，在绝缘性能方面电气设备可以保证矿山生产的安全性，但自身绝缘性极易受到外界环境变化的影响。化学环境与电压的变化均可以大地之劣化绝缘性问题，甚至还会引起爆炸与火灾事故，为煤矿企业带来了诸多不利影响。对此，煤矿企业应利用数学模型分析设备绝缘性能，利用变频参数代替传统变匝参数，在合理设计谐振电路的基础上，设计变频变压器，提高运行效率，减少设备的体积与重量，满足耐压绝缘检测的目的。
1.变频器类型及结构
1.1种类
一是根据用途分类，根据输配电能情况可以分为降压与升压变压器;根据其他用途可以分为电压互感器、自耦变压器以及电流互感器等类型。二是根据交流电相数分类，分为三相变压器与单相变压器。且根据绕组个数可以分为双绕组变压器与三绕组变压器，其中双绕组变压器只可以将电源电压转变为一种电压等级，三相变压器与单相变压器均采用此种绕组方法。而三绕组变压器可以将电源电压转变为两种电压等级，联接三个不同电压的电网。除此之外，根据不同用途设计的变压器容量与电压等级具备较大差別，包括小型变压器、中型变压器、大型变压器以及特大型变压器等[1]。
1.2结构
一是铁心，这也核算与变压器磁路，分为心柱和铁轭两部分。二是绕组，连接交流电源的为一次绕组，被称为原边。连接负载绕组为二次绕组，被称为幅边，变压器油箱之中浸放绕组与铁心。三是变压器油，可以保证散热与绝缘效果。四是油箱，可以承受变压器、铁芯的重量，承担对箱壁的压力。变压器容量较大时，油箱外还应设置风扇等散热组件。五是绝缘套管，固定油箱绝缘与引出线，根据电压等级设置绝缘套管尺寸，且电压等级与绝缘套管尺寸之间呈正比关系。
2.绝缘耐压性能检测分析
2.1动力分析
煤矿生产过程中，选矿、研磨、磁选以及输送等设备均属于供电设备的运行基础，同步与异步电动机属于其他设备的驱动装置。由此看出，矿山生产的能源基础便是电能，在粉尘与剧烈震动环境下，同步与异步电动机绝缘性能极易遭到破坏，且受矿山生产环境的影响，研磨、输送、破碎以及浮选设备均应具备良好的绝缘性能，避免因绝缘不良导致设备外壳带电问题，充分保证生产操作人员的人身安全。井下生产环境比较恶劣，变频器设备发生的两相或三相短路问题会导致严重的爆炸与火灾事故，为了提升设备绝缘性，工作人员应及时正确做好检测工作[2]。
2.2传统分析方法
一是分析结构，调节电压数值并改变变压器匝数，利用交流调压器调整输入电压的大小，设计完善的性能测试图，其中升压变压器主要调整输入电压，但受测量因素的影响应采用直流带压。因此在升压后应利用整流器将交流电转变为直流电。在运行期间，变频器中的绝缘电阻可以杜绝设备老化后测量期间的击穿短路问题，准确测量设备绝缘等级。二是引入数学模型分析方法，引入变压原理，当原边加电压为220V时，当需要提高10kV时，则需要同比例增大原幅边。当原边匝数为20时，幅边需要匝数为909，会增大实验装置重量级体积，提高运行成本，且调压器主要通过改变匝数方法实现，因此调压器变化也会增加设备的重量及体积。矿山地区多偏远，环境恶劣，交通运输条件较差，引发了很多不必要的设备检测问题，且受体积及原材料消耗因素的影响，检测周期较长且成本较高，增大了设备事故的发生几率，因此必须改进检测设备。
3.检测设备优化设计
3.1变频变压数学模型分析
根据数学模型尅计算频率参数，矿山设备一般采用220V与380V电源电压，绝缘检测需要达到10kV-50kV的输出电压，此时应根据变频器对工频电压进行交流-直流-交流的变化情况，大幅度提高输出电压数值。
3.2谐振变压数学模型
在交流电路中，电感与电容的性质相反，调节期间若电压与电流出现相同情况则会出现谐振现象。此时若发生串联，则需要利用数学模型分析电压谐振或串联谐振。调整频率期间，当变频器调整满足标准时，感抗电压与容抗电压均可以被放大若干倍。感抗大于电路电阻，感抗与容抗输出电压较大，当倍数为250时，电压为220V时，电压被放大至550kV，从而可以满足矿山设备的检测电压数值。
3.3变频串联谐振方式
变频器在耐压测试期间，待测试品加压显示为容性，可以作为谐振电路中的容抗数值，为了促使电路发生谐振，应利用变频器改变输入电源频率，省去原有交流调压器与交流升压变压器，减小矿山设备耐压检测重量及体积，降低制造成本。在生产便携式高电压变频谐振耐压试验装置时，应严格遵照国家标准高电压实验技术关于电压波形的相关规定，试验电压频率一般为46-64Hz，采用交流电压。当进行部分特殊试验时，频率可能需要远低于或高于此电压范围，在一定范围内的试品，为了保证变频谐振试验频率控制在既定范围内，应采用增加谐振电容器或电抗器方式实现，满足工频试验参数要求，且变频串联设备所需的电源容量与重量体积应原低于普通变压器。比如当系统电压为220kV，电流为200Kv时，设备重量仅为传统试验变压方式的1/10，利用变频串联谐振方式代替传统模式，在满足各类型电缆交流试验要求的基础上，减轻现场工作量[3]。
结束语
矿山变频绝缘测试设备在滤波性能方面具备较大优势，可以产生可靠稳定的直流带压，并具备较高的容量裕度，具备较强的稳定与保护性能，且输出波形较好，可以被应用至各种矿井工作环境中。同时，设备质量较轻，体积小，携带灵活，并使用220V与380V电压，可以及时检测矿山设备的绝缘性，保证运行安全。
参考文献
[1]房亮 周游.检测矿山设备耐压性中变频器的应用[J].科技创新与应用，2014，0（10）.
[2]王大勇.变频器的选用及故障干扰处理探讨[J].化工管理，2017，0（33）.
[3]杭丹，廖大庆，刘嫚，等.变频器在煤矿的应用[J].电气工程，2013，1（01）：37-39.
作者简介：
苏畅（1977.3），女，硕士，副教授，现工作于黑龙江工业学院，研究方向：计算机控制
史健婷（1981.10），女，硕士，副教授，现工作于黑龙江科技大学，研究方向：计算机控制