检测矿山设备耐压性中变频器的应用

摘 要：文章对矿山设备的耐压绝缘性以及变压器如何调压进行分析，对传统变压器的诸多缺点（体积、匝数、检测周期等方面缺陷）进行分析指正，这些缺陷对于测试矿山设备耐压绝缘性。而通过数学模型对变压器的调压进行分析，将变频参数的理论引入变压调节中，一改传统变匝数参数的办法，同时利用谐振电路原理将变频式变压器应用至设备绝缘耐压性的检测上。

关键词：矿山；变频器；谐振

矿山设备作业环境多处于井下，由于井下空间较之井上不但空间狭小，并且粉尘、振动以及湿度都较大，且井下作业还伴随瓦斯爆炸和塌方的威胁。并且大多数设备靠电能驱动，因而电气设备在绝缘上的性能关系到矿山生产的整体安全。但是设备的绝缘性能也容易受到外界环境变化的影响，电压、化学环境都会引起绝缘性能劣化，从而导致设备短路引发火灾以及爆炸事故，因此矿山设备绝缘性能的保障十分重要。通过对数学模型的分析，文章使用变频参数替代传统的变匝参数，通过谐振电路的应用，设计出变频变压器，以提高矿山耐压绝缘检测的及时性为目的，应用变频变压器，在提高效率的同事减少了设备重量以及体积。

1 绝缘耐压性能的检测分析

1.1 动力分析

矿山生产中，常见的设备包括供电、输送、破碎、选矿、研磨、磁选以及浮选等设备。电能同样是供电设备的运行基础，而其余设备的驱动装置主要是同步电动机以及异步电动机，换言之，电能是矿山生产的能源基础，而同步电动机以及异步电动机在剧烈震动以及粉尘环境下，其绝缘性极易遭到破坏，而矿山的生产环境决定了输送、破碎、选矿以及研磨和磁选、浮选设备必须具有良好的绝缘性能。因为，一旦绝缘不良现象，就会使得设备外壳带电，那么生产操作人员在工作时极易发生触电事故，并且由于设备所处的井下环境较为特殊，若是设备发生三相短路或者两项短路，则会引发火灾、爆炸等事故。因此如何提高井下设备耐压绝缘性能，并对设备进行检测具有重要意义。

1.2 传统分析法

1.2.1 分析结构

对变压器匝数进行改变，对电压进行调节，并设计出相应的性能测试原理图，通过中交流调压器对输入电压大小进行调整，升压变压器是用来调整输入电压的，但是由于测量需要采用直流电压因此，在升压后需要通过整流器将交流电转变为直流电，而设备中设置绝缘电阻的作用是用以防止当设备绝缘老化后在测量过程中出现击穿短路。？滋A表的作用主要是用于对设备绝缘等级进行测量。

1.2.2 数学模型分析概述

变压的数学模型为

（1）

则，

U1、U2是变压器原副边电压，N1，N2则为原副边线圈的匝数，f代表电源频率。

上述公式根据相关变压原理，在原边加电压是220V时，若是需要将电压提至10KV，则需要对原副边比例进行增大，即K=45.45；若原边匝数为20，那么副边则需要匝数为909，如此一来，必然会增大实验装置的体积，且重量必然也会随之增大，而设备体积、重量的增加必然会加大投入提高成本，并且调压器是通过对匝数的改变予以实现，因此调压器同样会使得设备的重量以及体积增加。由于矿山大多地处偏远，交通运输条件较差，这些都为设备的检测带来了问题。很多检测设备由于体积过大，导致其设备等生产原材料消耗过大，因而成本较高，这些不但延长了设备的检测周期，同时还会因为检测周期过长而导致矿山设备事故的增加，因此检测设备亟须予以改进。

1.3 检测设备的优化设计

1.3.1 变频变压数学模型分析

根据U1=4.44N1fΦ可以得出改变电压的重要参数之一是频率f，而矿山设备检测设施的工作电源电压通常为220V或者380V，而绝缘检测需要输出电压达到10kV～50kV，而设备电压的提升可以通过使用变频器对工频电压进行交流-直流-交流的变化，对输出进行大幅提高。

1.3.2 谐振变压数学模型

在交流电路中电容和电感的性质相反，作为电抗原件，对LC电路相关参数以及电源频率进行调节，在调节过程中，若是电路两端电压以及电流出现了相同的情况，那么就产生了谐振现象。若是LC发生了串联，那么谐振则被称为串联谐振或者电压谐振。通过对上述模型进行分析，那么对频率进行调整的过程中，当变频器调整满足f大小，则电路中容抗电压和感抗电压相应被放大Q倍。由于感抗大于电路中的电阻，因此在容抗以及感抗上所放大的输出电压较大。当Q=250电压为220V时，电压的可以被放大到550kV，这样就能够满足矿山设备在检测时所需要的电压数值。

1.3.3 基于变频器的耐压测试结构和，待测试品在加压时显示为容性，可以作为谐振电路中的容抗C，利用变频器改变输入电源的频率，促使电路发生谐振，这样原有的交流调压器和交流升压变压器就被省去，极大地减小了矿山设备耐压检测体积和重量，同时制造成本也得到下降，便携式高电压变频谐振耐压试验装置的生产成为可能。根据国家标准《高电压试验技术》中有关电压波形的规定：“试验电压一般应是频率为46～64Hz的交流电压，通常称为工频试验电压。按有关设备标准的规定，有些特殊试验可能要求频率远低于或高于这一范围。”对于容量变化在一定范围内的试品，可以通过增加谐振电容器及多只电抗器组合的方式将变频谐振试验频率控制在工频范围内，满足工频试验要求。变频串联谐振方式的设备重量体积和所需要的电源容量远低于普通变压器，以200kVA/200kV系统为例，设备重量仅为传统试验变压方式的1/10，采用该方式替代传统方式可大大减轻现场工作量，适用于各类中压电缆的交流试验要求。

2 结束语

变频绝缘测试设备在矿山中的应用在滤波特性上具有较高的优势，其产生的直流电压较之于普通变压器更稳定可靠。对比传统的设备变频控制源具有较高的容量裕度，并且在保护功能以及稳定性上较强，输出波形较好，且能够适应多种工作环境，具有多种模式。由于改变了工作原理，因此设备体积小、质量小能够方便搬运携带，在测试场具有较高的灵活性，方便操作。且设备工作电源为220V或者380V，现场取电便捷，能够及时有效的检测矿山设备的绝缘性，提高机械设备的安全性。

参考文献

[1]张永健.电网监控与调度自动化[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]陈其纯.可编程序控制器应用技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]甘肃电力工业局.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2004.