煤矿井下变频器的电磁兼容综述

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1、煤矿井下变频器的电磁兼容综述茹向东天地科技股份有限公司上海分公司,上海200030摘要：由于变频器运行效率高、能实行电制动及无级调速、节能效果显著等优点，在煤矿井下获得了广泛的应用。但它的非线性、冲击性的用电方式带来的干扰问题日益引起人们的重视。如何使其满足电磁兼容的要求已是摆在我们目前较为主要的问题。为满足电磁兼容，本文对用于煤矿井下的变频器在电磁兼容性方面的问题进行粗略地概述。关键字：电磁兼容定义，井下电磁环境，变频器产生和受到的干扰,抗干扰方法,中图分类号：TM464文献标识码：B1.电磁兼容

2、的定义：电磁兼容：（E1ectromagneticCompatibility，简写为EMC）按照国际电工委员会（IEC）发布的IEC50-161《电磁兼容术语》对“电磁兼容”的定义是：“电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能而不产生不能容忍的干扰”。国家标准GB/T4765-1995《电磁兼容术语》对“电磁兼容”的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。显然，电磁兼容具有双重含义：一是要求系统具有抵抗电磁干扰的能

3、力，即在一定的电磁干扰环境下能够正常工作；另一方面要求系统不能产生过量的电磁辐射，即不能干扰其它系统的正常工作。2.煤矿井下的电磁环境：⑴煤矿井下电网电压波动大，可达到75%—110%；⑵巷道截面形状、尺寸、介质、弯曲、分支、倾斜、金属支护、纵向导体（电缆、水管、铁轨等）、通风设施影响着电磁干扰的耦合与传播；⑶煤矿井下供电系统采用电缆线路供电，系统中性点采用不接地方式运行，电磁干扰的耦合与传播和地面中性点接地系统不同；⑷采煤机、掘进机等大型机电设备不停地移动，造成干扰源位置的不确定；⑸直线架线电机车

4、受电弓与架空线电火花干扰严重，其杂散电磁干扰十分严重；⑹煤矿井下采用电力电缆供电，穿梭吊挂在巷道侧的各种电缆中的电流产生的磁场向周边空间到处辐射，形成辐射干扰，不同于地面电缆埋入地下或架空线；3.变频器产生的主要干扰:变频器一般大多都安装在密封的金属壳内，但它可通过观察窗、通风孔、散热窗、输入输出端、以及电缆向外辐射电磁波。其辐射场强取决于变频器的输入与输出的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及变频器的发射频率。⑴在输入电流时，只有当电源的线电压Us大于电容两端的电压UD时，见图(一)整流桥中才有充电电

5、流Is，而电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式,它具有很强的高次谐波成分，特别是5次7次和11次谐波分量很大。这种谐波电流在供电系统的阻抗上产生电压降，导致电压波形发生畸变，常见的电压畸变是正弦波的顶部变平。4⑵在输出电压时，绝大多数变频器的逆变桥都采用PWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形波。由于寄生电容Cp存在于电机电缆和电机内部见图(二)，所以变频器PWM输出电压波形的开关翼部通过寄生电容会产生一个高频脉冲电流Is，使变频器成为一个谐波干扰源。由于谐波电

6、流Is的产生源是变频器，因此它必须要流回到变频器。谐波电流流过ZE和ZN此二阻抗所造成的电压降，将影响到同一电网上的其它设备造成干扰。（图中ZE为大地阻抗，ZN为动力电缆与地之间的阻抗。）⑶为使开关管(IGBT)工作时不会因过热而失效,一般都将其安装在散热器上,并且为防止短路,开关管的金属外壳与散热器之间通过导热绝缘介质相隔离,散热器通过机箱接地,这样便会使变频器与散热器之间形成一个较大的寄生电容Cn见图(二)。当逆变器正常工作时,随着每相桥臂上、下开关管的轮流开通,桥臂中点电位会随之发生准阶跃变化

7、。如果从电磁干扰(electromagneticinterference简写为EMI)角度看该现象,那么三个桥臂所输出的电压就是三个EMI干扰源,而且每个开关动作时都会对功率开关器件与散热器之间寄生电容进行充放电,形成EMI电流,造成共模干扰。⑷共模干扰和差模干扰，共模干扰主要是由于变频器中的功率半导体开关器件(IGBT)开关动作引起的dv/dt经系统对地杂散电容耦合而传播的,一个极的电压变化会通过容性耦合到另一个极产生位移电流见图(二)，通过寄生电容产生的电流并不需要直接的电气连接，甚至可以没有地

8、。其大小可以表示为：i=Cdu/dt，式中C为电磁干扰源和敏感设备之间的等效耦合电容。差模干扰则主要是由于变频器中的功率半导体开关器件(IGBT)开关引起的di/dt经输入输出线间的导体传播。4.变频器受到的主要干扰：首先是来自井下电网的干扰；⑴过压、欠压、瞬时掉电；⑵浪涌、跌落；⑶尖峰电压脉冲；⑷射频干扰。4.1.晶闸管换流设备对变频器的干扰：当井下供电网络内有容量较大的晶闸管换流时，由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通，容易使网络电压出现凹凸口，波形严重失