矿井斜巷综合控制系统干扰抑制

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇矿井斜巷综合控制系统干扰抑制范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）09-0294-02

摘要：通过对矿井斜巷综合控制系统电磁干扰源的产生的机理、传播方式和途径的分析，有针对性地提出了屏蔽电磁干扰源、切断电磁干扰途径的办法。通过滤波、隔离、接地和优化布线等措施，使电磁干扰得到了较好的抑制。

关键词：斜巷综合控制 电磁干扰 干扰抑制

煤矿斜巷运输是煤矿安全生产管控的重点，一套完整的煤矿斜巷运输综合安全监控系统由防爆变频绞车控制系统、斜巷提升信号控制系统、斜巷防跑车控制系统、视频监视系统和人员误入检测系统等组成。各子系统均以PLC为控制核心，共用司机操作台上的防爆触摸屏为人机界面，采用通讯方式实现相互之间的数据互传。如图1所示。

图1斜巷综合控制系统组成示意图

为满足无级调速及重载启动的要求，绞车控制系统中采用的是具有矢量控制方式及四象限运行能力的变频器，在变频器工作时输入、输出回路中会产生电流高次谐波，从而干扰提升信号系统、防跑车系统、视频监控系统、供电系统、负载及其他邻近电气设备，造成系统无法正常运行。在此，本文简介变频器谐波产生的原因、传播途径，以及可靠的抑制干扰，确保综合控制系统能够正常工作。

一、变频器谐波产生的原因

井下主运斜巷绞车的运行工况要求变频器需要四象限运行，因此必须采用带有整流回馈单元的矢量控制型变频器，其功率一般在400KW以下，采用交-直-交电压型。这种变频器的工作方式是，当外部输入三相工频电源后，经过三相桥式不可控整流将三相50Hz交流电源转换成直流电源，再经大容量滤波电容滤波后通过IGBT逆变成频率、电压可变的交流电源。在这一转换过程中，首先在整流回路输入电流的波形为不规则的方波，其波形按傅氏级数可分解为基波和各次谐波，常含有6N±1（N=1，2，3…..）次谐波，这其中的高次谐波就会干扰输入供电系统。在逆变输出回路里，由于变频器是通过驱动单元产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相6组IGBT的关断/导通从而形成频率、电压可调的三相输出电压，输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的，不是标准的正弦波，而是方波。分析知其含有较强的高次谐波成分，而高次谐波电流对负载就会直接干扰。这些干扰的就是系统中的最主要干扰源，常表现为当变频器不运行时，PLC与防跑车及提升信号控制分站通讯、PLC与触摸屏通讯及视频显示画面均正常，一旦变频器运行，就出现通讯中断，监视画面受到严重干扰。

二、干扰信号的传播方式

变频器产生的谐波对系统其他设备干扰途径主要有传导（电路耦合）、感应耦合、电磁辐射三种方式。谐波导致驱动的电动机产生电磁噪声，使电动机铁损、铜损增加，并传导干扰至电源，通过配电网传导给系统其他设备；变频器对相邻其他线路产生感应耦合，干扰电压或电流。同样系统内的干扰信号也通过相同途径干扰变频器的正常作。

1、传导方式通过电源网络传播，由于输入电流为非正弦波，当变频器容量较大时，会使网络电压产生畸变，对其他设备的工作产生影响。

2、感应耦合方式当变频器的输入线路或输出线路与其他设备的电路靠得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应方式耦合到其他设备中去。感应方式分电磁感应和静电感应两种形式，前者是电流干扰信号的主要方式，后者是电压干扰信号的主要方式。

3、空中辐射方式这是频率很高的谐波分量的主要传播方式，以电磁波方式向空中辐射传播。

三、变频调速系统中干扰抑制对策

形成电磁干扰要具备干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统三个要素。抑制干扰可采用硬件和软件抗干扰两种方式，硬件抗干扰是最基本、最重要的抗干扰措施，从抗和防两方面着手抑制干扰，总原则是抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合途径，降低对系统对干扰信号的敏感性。比较有效的措施是屏蔽、滤波、隔离、接地等。

1、屏蔽

屏蔽是对两个空间区域之间进行金属的隔离，达到控制磁场、电场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射的目的。具体做法就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散。用屏蔽体将设备、接收电路或系整个系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、电气元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽干扰源是抑制干扰最有效的方法。煤矿井下采用的变频器自身的防爆外壳是一个良好的屏蔽体，可以实现屏蔽作用，不让变频器电磁干扰泄漏。为了最大程度地降低干扰，变频器到电动机的输出线尽可能也用钢管屏蔽或采用屏蔽电缆。为了使屏蔽有效，屏蔽罩或屏蔽层必须可靠接地。

2、采用电抗器和滤波器滤波

分析知在变频器输入电流中频率较低的谐波分量所占比重很大，它们除了干扰其他设备的正常运行外，还会消耗大量无功功率，使线路功率因数大为下降。可采用电抗器进行抑制消除，根据电抗器的接线位置不同分交流电抗器和直流电抗器两种。交流电抗器串联在供电电源与变频器的输入侧之间，它可以抑制谐波电流，提高功率因数，削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡等。直流电抗器则串联在整流桥和滤波电容器之间，其作用是削弱输入电流中的高次谐波成分提高功率因数。在实际应用中常采用交流电抗器。滤波器根据使用位置的不同，也分输入滤波器和输出滤波器。在变频器输出侧接入滤波器可减少电磁噪声和损耗。在变频器输入侧设置输入滤波器可减少对电源干扰。

3、隔离干扰

所谓隔离是指从电路中把干扰源和易受干扰的部分隔离开，使相互之间不发生电的联系。在变频调速传动系统中，变频器输入侧的谐波电流常从电流侧进入各种仪器，成为许多仪器的干扰源。针对这种情况，应在受干扰仪器的电源侧采取有效的隔离措施。可采用在PLC供电电源和传感器用DC24V开关电源前端加装隔离变压器或电源滤波器来隔离传导干扰。在实际运用中，电源滤波器的抑制干扰效果较好，可以对电源线定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除。但要注意确保电源滤波器不能存在电磁耦合路径，安装时电源滤波器的输入线和输出线不得捆扎在一块或靠的过近，同时外壳要做良好的接地，方可达到效果。

4、接地

正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰，良好的接地方式可以很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统抗干扰性。接地要符合以下要求：

（1）变频器的接地要与控制回路接地分开，做到各自有独立的接地。在不能保证有各自独立接地的情况下，为了减少变频器对PLC控制系统的干扰，可以将控制回路接地浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制回路中要将压力传感器、温度传感器等模拟量信号线屏蔽层两端都浮空。

（2）要保证良好的接效果，接地电阻要在2欧以下，接地线要按照电气设备技术基准所规定的导线线径规格，不得小于50mm2。接地线在可能的范围尽量短，由于变频器产生漏电流，与接地点距离太远则接地端子的电位不安定，影响抑制效果。

5.优化布线

要减少变频器与控制系统不必要的连线，可以避免传导干扰。布线时信号线与动力线必须分开走线，由于变频调速系统是使用模拟量信号通过控作台对变频器进行远程控制，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，必须将信号线与强电回路分开走线，距离应在300mm以上。即使在控制柜内，同样也要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长都不得超过50米。信号线与动力线不得近距离平行走线，必须分别放置在不同的金属管道或金属软管内部。模拟量控制信号应使用双股绞合屏蔽线，线径规格为0.5～2mm2，在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能短（5～7mm），同时以剥线以后的屏蔽线要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引入干扰。

通过以上措施的实施，较好地解决了变频器在工作时对液压站压力传感器、脉冲编码器、PLC分站之间通讯、PLC与触摸屏之间通讯以及视频显示的干扰，系统运行可靠性得到了较好保证。

参考文献：

[1]黄俊.电力电子变流技术，3版，北京：机械工业出版社，1999.

[2]SIEMENS EMC安装指南/基本系统要求（PH1），2012

作者简介：李雷（1977-），男，助理工程师，2006年毕业于安徽理工大学机电工程专业，现在淮北矿业集团临涣煤矿从事运输机电设备技术管理工作。