３８ 矿用隔爆型变频调速器关键技术设计要点 《电气防爆》２０１１，４ 矿用隔爆型变频调速器关键技术设计要点 彭红玲，邓永林。周伟锋 （中煤科工集团重庆研究院，重庆４０００３９） ［关键词］隔爆型变频器；电磁干扰；变频调速 ［摘要］从矿用变频器的防爆要求以及电磁干扰带来的危害两方面进行了研究，提出了 矿用变频器的隔爆外壳设计要点以及对变频器采取的电磁干扰措施。 ［中图分类号］，ＩＤ６８４ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１０ｏ４—９１１８（２０１１）０４—００３８—０３ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ Ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ脚ｏｆ Ｆｌａｍｅ—ｐｒｏｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ＰＥＮＧＨｏｎｇ－ｌｉｎｇ，ＤＥＮＧＹｏｎｇ－ｌｉｎ，ＺＨＯＵＷｅｉ—ｆｅｇ ｎ（Ｃｈｉｎａ Ｃｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ—ｂａｓｅｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｒｏｕｐ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒｅｓａｒｃｈ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３９） Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌａｍｅｐｒｏｏｆ；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ａｂｓ￣ａｃｔ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄｆｏｒｍｏｔｏｒ ｓｔｅｐ—ｌｅｓｓ ｓｐｅｄ ｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄＡｆｌａｍｅ—ｐｒｏｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄｗｉｔｈ ｈｔｅ ｌｆａｍｅｐｒｏｏｆ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａ ｃｌｅ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｔｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｂｏｈ ｔｉｎ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｒｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｐｏｉｎｔｓｉｎｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅｆｌｍｅ— ａｐｒｏｏｆ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｇａｉｎｓｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ． ０引言 目前，变频调速器在矿井中的应用越来越广 泛，但由于矿井内具有瓦斯和煤尘爆炸的危险性， 隔爆性能，对隔爆外壳的形状、材质、容积、结构等 均有特殊的要求。 １．２变频器的基本原理 煤矿用变频器多为交流一直流一交流变频 器，主电路主要由整流部分、中间部分和逆变三部 根据《煤矿安全规程》的规定，必须在矿井中使用 防爆电气设备。因此，煤矿使用的变频调速器应 具有良好的电气性能和足够的外壳强度，能承受 因爆炸而产生的爆炸压力；同时，由于煤矿干扰源 很多，这些干扰会影响电子设备的正常工作，变频 器作为一种干扰源在设计过程中应增加一定的抗 干扰措施。 分组成，矿用变频调速器具有很强的功能，可进行 过电流保护、过压保护、短路保护、欠压保护、瞬时 断电保护和断相保护功能，可手动调节频率，其主 要原理是通过交直流转换达到改变输出频率的目 的。 １ 隔爆型变频调速器设计基本原理 １．１隔爆型电气设备基本原理 ２隔爆型变频调速器外壳结构设计 ２．１壳体结构设计 变频器外壳的各隔爆接合面、间隙、长度、表 面粗糙度的设计应严格按照ＧＢ ３８３６．２—２０１Ｏ的 隔爆型防爆电气设备主要是通过隔爆外壳来 达到防爆目的。隔爆外壳既要能承受爆炸性气体 混合物所产生的压力不被损坏，还要防止火焰沿 相关规定进行；隔爆外壳应能承受ＧＢ ３８３６．２＿ ２０１０规定的相关试验；变频器的外壳表面不应有 尖锐的棱角。外表面应喷（涂）有能耐受煤矿井下 温度与湿度的ｃｏ４—４２醇酸磁漆。内表面应喷 隔爆外壳接合面传播至周围爆炸性气体环境。隔 爆型电气设备具有良好的隔爆和耐爆性能，被广 泛用于煤矿井下等爆炸性环境工作场所。隔爆型 电气设备的标志为“ｄ”，为了实现隔爆外壳耐爆和 （涂）有１３２１耐弧漆，且漆层表面美观、附着牢固。 变频器所用的原材料、标准紧固件、外购元器件应 【收稿日期］２０１１—０８—１２ ［作者简介］彭红玲，女，硕士，１９８０年生，毕业于河南理工大学控制理论与控制工程专业，主要从事电气防爆检验工作。 《电气防爆》２０１１，４ 矿用隔爆型变频调速器关键技术设计要点 ３９ 符合国家的有关标准和行业标准的规定。变频器 的观察窗符合ＧＢ ３８３６．２—２０１０的规定。透明件 应有抗冲击性能，能承受ＧＢ ３８３６．１—２０１Ｏ中规 定的冲击能量的冲击，观察窗透明件应有抗温度 急剧变化的能力，应符合ＧＢ ３８３６．１—２０１０的热 剧变规定。变频器应设有专用的内接地和外接地 螺栓并标志“占”接地符号，所有螺栓与螺母都应 有自动防松脱的措施。 ２．２电缆引入装置 矿用变频调速器电缆多采用密封圈式的压盘 式和压紧螺母式两种引入方式，根据ＧＢ ３８３６．１— ２０１０规定，这两种引入装置都须具有防松与防止 电缆拔脱的措施。引入橡套电缆时，其电缆人口 处须制成喇叭状，要求内缘应平滑；引入装置一般 应加设金属垫圈，以增大接触面积。当引入装置 超过一个时，须备有堵头，以防止在不引入电缆 时，形成对外通孔，同时也作为防爆的措施之一。 ２．３接地设计 矿用隔爆型变频器应设有专用的外接地螺栓 并标志“占”接地符号，以防止触电和火灾事故。 接地螺栓与其它动力设备的接地点必须分开，不 能共地。外接地螺栓应安装完整并防止锈蚀，不 得兼作它用，其标志应清晰耐久。接地导线和外 接地螺栓应有两处以上，接地导线和接地螺栓规 格可根据表１和表２的要求选择。 表１接地导线最小截面积 主电路导线每相截面积ｓ／“ 对应接地导线最小截面积Ｓ／ｎ￣－ Ｓ≤１６ Ｓ １６＜Ｓ≤３５ １６ Ｓ＞３５ Ｏ．５ Ｓ 表２外接地螺栓规格 电机功率Ｐ／ｋＷ 对应的螺栓规格／ｍｍ Ｐ≤Ｏ．２５ Ｍ５ ０．２５＜Ｐ≤５ Ｍ６ ５＜Ｐ≤１０ Ｍ１Ｏ １Ｏ＜Ｐ Ｍ１２ 接地连接件应至少保证与一根接地导线可靠 连接。如果是内接地螺栓，其直径可按下述规定： 当导电芯线的截面积小于３５ ｎｒｎ２时，与对应的接 线螺栓直径相同；当导电芯线的截面积大于 ３５ 时，则接地螺栓直径为导电芯线截面积的 １／２，且至少等于连接３５ 导电芯线的螺栓直 径。 ３矿用隔爆型变频调速器的抗干扰 设计 ３．１矿用隔爆型变频调速器的电磁干扰对电气 设备的危害 变频器在工作时本身由于电路中电压与电流 脉冲振荡和高频振荡的谐波分量造成电磁干扰， 使变频器成为一个强电磁干扰源；一方面，干扰从 输入端电源线上反馈传导出去，这种干扰的电流 波形基波很低，但高次谐波却非常丰富，它会对井 下供电电网造成严重污染，不仅导致供电效率严 重下降，而且会使继电保护、自动测量和控制装置 以及计算机等因素受到干扰，导致误动作或失灵， 重者还会烧毁用电设备和供电设施；另一方面，变 频器输出的陡峭脉冲包含多次高频谐波，由于驱 动器与电机之间的连接电缆存在杂散电容和电感 并受某次谐波的激励而产生减幅振荡，变频器所 产生的高速脉冲信号与这些杂散电容相耦合而产 生大量的漏电流，这些多次高频谐波和漏电流辐 射到空间，就会干扰电子设备的正常工作。因此， 在实际应用变频技术时，应明确电磁干扰的实质， 采取必要的技术措施，尽可能消除和避免电磁干 扰造成的危害。 ３．２抑制矿用隔爆型变频器电磁干扰的技术措 施 ３．２．１对变频器进行良好的屏蔽 屏蔽可防止系统向外辐射电磁场波和外界干 扰信号进入系统内，作为系统组成部分的变频器 和电缆线都需要做到良好的屏蔽。屏蔽机箱应选 用紫铜、纯铝等优良导体材料，接缝须采用连续对 焊、连续互搭或卷接的方法形成；穿过屏蔽盒的电 缆走线应有屏蔽措施，电缆屏蔽层应与机箱连接 在一起，且不可有中断；屏蔽机箱与基板四周的接 缝中，应填充导电衬垫，并用螺钉密布紧固。 ３．２．２在变频器的输入端、输出端加接电抗器 变频器在应用中，当电网电压不对称较为严 重或变频器的同一电源上有诸如较大功率的晶闸 管变流器负载时，可在电源与变频器间加接电抗 器。它的作用是阻遏浪涌电压，消弱三相电压的 不平衡对变频器的不良影响；同时，可消弱输入电 流的高次谐波分量，提高功率因数，减少变频器对 电网的污染。在变频器与电机间加接电抗器，则 可消弱变频器输出的高次谐波，并减少电机转矩 矿用隔爆型变频调速器关键技术设计要点 《电气防爆》２０１１，４ 脉动，并有效防止电机因长期受ＰＷＭ斩波浪涌 求，通过对此要点的分析与设计，使变频器满足煤 矿使用的要求，即确保了矿用变频器的防爆安全 性能，又减轻或抑制了变频器对井下电气设备的 危害。 参考文献 电压的冲击而使绝缘等级下降。 ３．２．３地线设计 一个良好的接地是可靠的抗扰设备的运行基 础，各接地系统应满足三点要求：①防止来自电源 系统的电击；②防雷；③为公共电路回线提供信号 地。由于接地会给高频干扰信号形成低阻通路， 从而抑制高频信号干扰，对于变频器的抗电磁干 扰接地时，需要很低高频阻抗和搭接可靠性，接地 导线应采用扁平铜线，并尽可能减少接地距离。 社。２ＯＯ７． ［１］王廷才．变频器原理及应用［Ｍ］．北京．机械工业出版 ［２］罗雪莲．变频调速系统的抗干扰设计［Ｊ］．低压电器． ２００５（１２）：５１—５３． ［３］俞文英．电磁干扰来源及电磁兼容设计的探讨［Ｊ］．皖 西学院学报．２００３（１０）：２４—２６． ４结束语 本文根据国家防爆电气标准要求对矿用隔爆 ［４］ＧＢ ３８３６．１—２０１０，爆炸性环境第１部分：设备通用要 求［ｓ］． 型变频器隔爆外壳的设计要点进行了应用分析， 同时对矿用变频器的抗干扰设计提出了一定要 ［５］ＧＢ ３８３６．２＿２ｏ１０，爆炸性环境第２部分：由隔爆外壳 “ｄ”保护的设备［ｓ］． 米采米※米※※※※※※※※※米米米米．※．※※※※※※※※※※采※※．※．※※米．※米※米米 米※ ２０１１年防爆电机暨防爆灯具产品国家监督抽查质量分析会召开 ２０１１年防爆电机暨防爆灯具产品国家监督 气产品质量监督检验中心穆大玉副主任、国家起 重冶金及防爆电机产品质检中心张国彦副主任接 着针对本次国家监督抽查中发现的问题进行了总 结归纳和质量分析。国家煤矿安全监察局弯效杰 副、安标标志中心袁庆国主任就加 强煤矿行业质量监管，提高产品质量，规范市场秩 抽查质量分析会于２０１１年１２月１７日在元锡召 开，共有８２个单位的８７名代表参加了会议。无 锡市质量技术监督局质量监督处王武出席了 会议。国家煤矿安全监察局弯效杰副、安标 标志中心袁庆国主任、中国电器工业协 会防爆电机分会吴建国秘书长、全国防爆电气设 备标准化技术委员会秘书处李书朝主任、中石化 上海石油化工股份有限公司梅雄总工、烟台万华 聚氨酯股份有限公司吕隆壮总工出席了会议。 序作了重要讲话。中国电器工业协会防爆电机分 会吴建国秘书长在讲话中，通报了防爆电机行业 协会配合部Ｉ＇－Ｊ；Ｏｌ￣强行业自律情况和行业服务 工作，以及行业贯标情况。 华荣防爆科技有限公司、ＡＢＢ电机有限公司、 创正防爆电器有限公司等单位与会代表作了大会 交流发言，介绍了各自加强质量管理和科技创新， 提高产品质量和经济效益的先进管理方法和经 验。企业代表就有关质量监督检查工作和行业质 量状况进行了讨论。 会议由国家防爆电气产品质量监督检验中心 穆大玉副主任主持。首先由无锡市质量技术监督 局质量监督处王武致辞，接下来，受国家质量 监督检验检疫总局委托，南阳防爆电气研究所所 长、国家防爆电气产品质量监督检验中心主任、全 国工业产品生产许可证办公室防爆电气审查部主 任王军博士介绍了本次国抽的基本情况、国家相 关及质量工作动态、质量监督工作的方式、行 业质量状况及对今后工作的思路等。国家防爆电 最后，与会代表对于国家防爆电气产品质量 监督检验中心的会议组织工作表示感谢，会议取 得了成功。
