矿井供电交流材料

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矿井供电交流材料范文第1篇

摘要:随着我国煤矿的工业化和信息化进程的快速发展，带来的是大型电力电子设备的广泛应用，由此造成的是电网中谐波含量的大量增加，这对电能质量形成了严重的干扰，从而对矿井安全生产造成了威胁。本人根据多年的工作体会，分析了煤矿供电系统中谐波产生的原因及危害，抑制谐波的有效措施，并提出谐波补偿滤波装置安装位置的合理确定，以保证煤矿电网的稳定运行和企业的安全用电。

关键词:煤矿供电系统谐波；治理方法

1 目前煤矿供电系统中的谐波情况

目前电力系统谐波污染与功率因数降低、电磁干扰已并列为电力系统的三大公害。煤矿企业供电网络大量的电力电子功率器件、各种装置在电网中的应用，在促进矿井生产运行中的节能和能量高效转换的同时，也给电网中电能质量造成了严重的干扰，因此，严重影响了正常供电安全，其主要原因就是电网谐波含量的普遍存在和不断的生成。

在煤矿企业供电系统，谐波广泛分布于供配电系统中的各个环节，谐波电流的拥塞会在主电网系统上引起电压畸变，导致电网系统中的电压和电流波形严重失真，对其他电力设备和装置也会产生扰动，这将严重威胁矿井电网的电能质量和供配电设备的安全正常使用。

所以，我们治理好煤矿供电系统中产生的谐波，不仅能从根本上解决因谐波存在导致的电能不必要的损耗，提高和稳定电能质量，确保矿井安全运行，而且还能延长供电系统的电气设备使用寿命，优化电磁环境，有效提高产品质量。

2 谐波的主要来源

电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上，而在用电环节谐波主要产生于非线性负荷用电设备。对于煤矿来说，谐波主要来自非线性负荷用电设备。

在煤矿的输配电系统中存在大量的电力变压器。变压器就是一种非线性特性的用电设备，因为变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。

由于煤矿电网中的谐波源主要来自于含半导体材料的非线性元器件，煤矿的其他非线性负荷用电设备主要有矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等节能设备、交流弧焊机以及控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等一些大型矿山设备以及使用各种变频器等电力电子设备产品等。煤矿供电系统中谐波的危害主要表现在谐波含量的增加导致电网功率损耗的增加、供电设备寿命逐渐缩短、接地保护功能丧失、遥控功能失效、供电线路和设备过起热，如果谐波波幅较大，还可能引起变电站局部的并联或串联谐振，这将导致变电站系统中的元器件产生附加的谐波损耗，从而加速元器件的衰老退化。我们通过对主井提升设备的电压、电流，副井升降设备电压、电流以及充电设备的测试波形测试、观察，发现在多次的测试过程当中，在一个波段电流谐波值异常偏高，远远超出了国家规定的限值，将此波段对比到矿井实际采用的脉动变流器，发现异常偏高的波段正好与设备实际采用的脉动下测算出的谐波值相符合；而对矿井下充电设备的测试采取与地面充电设备对比的方式，测试发现井下充电设备的各个谐波的大多高于井上情况。

我们通过对矿井以上两个测试情况来看，煤矿供电系统中普遍存在的电能质量问题的主要原因是谐波的大量产生。因此，预防治理矿井供电系统中的谐波问题还需从改造电力电子装置、过滤谐波的角度入手，从而减少矿井供电系统谐波问题的发生。

3 煤矿供配电系统谐波治理

鉴于谐波存在多方面的危害,对矿井安全生产和生活存在很大隐患,根据国家对谐波污染的治理要求,采取必要而有效措施,避免或补偿已产生的谐波尤为重要。在矿井供配电系统中,应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。

3.1 电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中,应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线,确定电缆载流量时应留有足够裕量,必要时可适当放大一级选择电缆截面。

3.2 合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式,能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。在三角形/星形变压器里,不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传入电源配电系统中。矿井供配电系统中各级变压器应多采用三角形/星形变压器。在根据负载确定电力变压器额定容量时,应考虑谐波畸变而留有裕量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%～80%,该裕量可防范谐波引起的变压器发热危害。

3.3 无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中,不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振,必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器,带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。使用调谐电容器组的目的不是为了显着地降低谐波畸变,而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。

3.4 谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源,如:大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备,在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波,需增加谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧坏。另外,它只能补偿固定频率的谐波,效果不甚理想,但该装置结构简单,目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法,有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。

参考文献

［1］ 胡子侯，电力谐波的治理措施《沿海企业与科技》2010、7

矿井供电交流材料范文第2篇

关键词:矿井提升机 串阻调速 交-交变频电控调速 电控调速 交-交变频器

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(c)-0106-02

随着我国工业的不断发展,对矿产资源需求量的不断加大,矿产资源开采一直是我国煤矿行业的头等大事。矿井提升机系统在整个煤矿开采过程中担负着举足轻重的作用。提升机系统传统的调速方法不足,输出电压和功率较低,系统稳定性差,严重制约着煤矿资源的开采量,不利于整个行业的发展目标。随着交-交变频调速技术在提升机系统中的应用,凭借着高电压、大功率变频输出,电机驱动能力强、运转快,系统性能稳定等优势得到了煤矿行业的广泛关注。

1 AC-AC变频调速技术

1.1 变频器

1.1.1变频器的工作原理

变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压频率的交流电的变换器,是异步电机变频调速的控制装置。交-交变频器没有直流变换环节,只有两个交流环节之间的转换过程。通过把一种频率的交流电转换成另一种频率的交流电。

1.1.2 交-交变频器

交-交变频器主要由3台电网自然换流、无环流可逆变流器组成,对应同步电机定子的三相,每相连接成三相桥式电路。三相变流器由整流变压器供电,两套变频器由分别为Δ/X、Δ/Y接法的整流变压器供电,以减少供电高次谐波。AC-AC变频器具有高效率、大电流等优点非常适用于低速、大功率、大转矩、高动态响应、高过载能力的环境。AC-AC变频器的基本结构如图1所示。

电机的定子绕组每相对应一套反并联可控硅桥,最大输出频率约为电网侧频率的45%左右,采用无熔丝设计方法,效率高达99.3%,在紧急情况下12脉冲可以切换成6脉冲AC-AC变频器,使的整个变频系统变得灵活、稳定。

1.2 AC-AC变频调速技术的基本原理

1.2.1 变频调速的理论概述

变频器的功用是将频率固定的(通常为50 Hz的)交流电变成频率联系可调的三相交流电。由公式:,当频率连续可调时(一般为定数),电动机的同步转速也连续可调,又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些,所以,当同步转速连续可调时,异步电动机转子的转速也是连续可调的。变频器通过改变电动机工作电源的输入频率(电流的频率)来改变电动机转速,从而实现变频调速。

1.2.2 AC-AC变频调速的原理概述

三相异步电动机的转速公式为,调速方式可有四种方式。交-交变频电路的基本原理图如图2所示。

2 主井提升机交-交变频调速系统的设计

2.1 交-交变频器Sinzmics SL150控制系统的结构

Sinzmics SL150控制系统的结构主要包括:CPU模块、控制器模块、I/O模块、断路保护模块、辅助设备模块以及控制面板。系统CPU(D445)利用软件可编程方式可以同时在线对通信系统、故障分析系统、画面显示系统进行操作。其中变频控制器负责控制系统电路的相电流、电机转速以及热电压转换器(TVC)。交-交变频器控制系统原理结构图如图3所示。

通过系统外扩的I/O模块,可对电机的转子运行情况进行信号采集检测,同步电压信号以及数字变化量都是由该模块负责接收传送和结果输出控制。如果电路中的工作电压超过额定电压值,该系统采用高压断路器负责控制和保护系统输出电压。系统的辅助设备是由12/6脉冲转换部分和功率因素补偿两部分组成。功率因素补偿部分,对于电机功率达不到额定工作功率的时候,可以采取无功补偿的方式减少谐波和无功功率的损耗。对12/6脉冲转换部分,一旦高压短路,变压器或变频器一路发生故障时,电机和变频器可以由12脉冲工作模式转换成6脉冲的紧急模式。对有故障的变频器进行断电分离,并联的两套电机绕组切换成串联连接,提升机处于全载半速运行状态。

2.2 6脉冲交-交变频控制方法

针对顾桥矿主井提升机的具体情况,采用ABB公司的ACS6000C进口全数字矢量控制系统,交-交变频选用6脉冲,逻辑无环流可逆变流器,变频器分别由3台整流变压器供电。系统电源选用10 kV、50 Hz三相交流电作为主电源供电。主回路采用电枢换向的直流电动机拖动,电枢回路是由两个反向并联晶闸管整流器直流供电,将10 kV的交流电压通过4路变压器转换成满足系统需要的直流电压,通过高压断路器控制系统电压,为同步电动机提供合适的工作电流和电压。顾桥矿主井提升机变频调速系统结构图如图4所示。

3 系统运行结果分析

结合交-交变频调速在顾桥矿主井提升机电机传动系统中的应用,通过西门子SIMATIC WinCC5.0制作软件可以监控整个系统的工作状态。从主提升机画面中可以清楚地看到系统各个工作模块的运行状态,安全回路状态、停车回路状态、闭锁回路状态、PLC主副箕斗位置、油压、提升速度、定子的电流电压、励磁电流、井筒开关的选择以及装卸载打点信号（见图4）。

4 结论

本文针对传统煤矿主井提升机系统的不足,提出了主井提升机交-交变频调速电控系统的新方法,结合顾桥矿主井提升机变频系统的实际应用等方面详细地论述了新方法的优越性。实测结果表明交-交变频调速系统性能稳定,大大增加了提升机的工作量,对矿产资源的开采做出了重要贡献。

参考文献

[1] 西门子工业自动化项目设计实践[M].北京:机械工业出版社.

[2] 自动控制原理[M].广州:华南理工大学出版社.

矿井供电交流材料范文第3篇

基于电磁感应原理的非接触供电技术，综合利用电力电子技术、磁场耦合技术、大功率高频变换技术，借助现代控制理论和方法，实现了传输电能系统和用电设备的隔离，使两者之间没有电的直接接触，很好地满足了特种应用场合的需要，提高了电能传输的安全性和可靠性。因此，非接触供电技术是一种安全、可靠、灵活的电能接入新技术。

1．基本原理

非接触供电系统包括电能发送单元和电能接收单元两部分。电能发送单元主要由交直流电源电路、功率放大输出电路、驱动电路、振荡电路、基准电压电路、控制保护电路以及发射线圈L1（变压器初级）组成：电能接收单元主要包括接收线圈L2(变压器次级)、高频整流滤波电路和负载组成（如图1所示）。

非接触供电系统工作时输人端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用直流电端直接为系统供电，直流电通过振荡电路逆变转换成高频交流电经功率放大输出电路放大供给发射线圈L1。通过发射线圈L1与接收线圈L2耦合电能，接收线圈L2输出的电流经高频整流滤波电路变换成直流电提供给负载。

2.特性和缺陷

基于电磁感应原理的非接触供电技术，发射线圈和接收线圈必须有谐振频率一致的电磁共振，才能传输电能，而具有以下主要特性和缺陷：电磁共振以“电一磁一磁一电”的方式实现电能的传递，而且是一个开放的系统，必然存在着电磁辐射和能量的损耗，因此，近距离的实际效率很难超过80%．远距离的状态下，效率可能很低。因此，不符合节能的概念。

电磁能与距离的关系为电场强度与距离的二次方成反比，磁场强度与距离的四次方成反比。单纯的电磁共振是不可能长距离传输的。通常在1米处，效率不超过1%。因此，只能在近距离内使用，一般不超过10厘米。

电磁共振可以穿透非金属，却不能穿透金属。利用这个特性，可以制造出即时充电或即时供电的电器，在移动性、防水性和隔离性等方面有突出的表现，同样可以应用这个特性，来解决其自身的电磁干扰问题。选择一个适当供电频率使系统产生共振，则电能发射端的电磁波频段对正常的通信、广播没有干扰或干扰较小，对人体或其他生物不构成伤害，符合安全指标。

在几个厘米以内的近距离的电磁共振中，还存在着空振高压问题：接收电路在负载时的电压与空载时的电压相差悬殊，往往是数倍甚至是十倍以上，致使接收电路在空载时，由于电压的大幅度升高，将负载电路烧坏。是目前电磁共振的非接触供电技术难以实用的一个重要因素。

非接触供电技术在LED发光设备的应用

现有的LED发光标志牌、LED照明产品等，通常采用有线方式供电、充电。因而需要通过接口和导线进行有线方式供电、充电，需要在发光标志牌、照明设备上安装接口及导线，导致设备整体防水、防漏气性能低且不可靠。无法长期使用、安装、储存在恶劣的环境中，如水中、矿井中或者连续潮湿的环境中。

本文探究非接触供电技术应用于LED发光设备可行性，把非接触供电系统的电能接收端置入到LED发光设备内。选择适当的LED驱动技术，设计能进行非接触供电或充电的LED发光设备。该LED发光设备具有移动性、高度防水性、高度隔离性，适用于水下作业、矿井作业、抗洪救灾等特殊场所的安全标志牌与照明。

1．应用实例

1.1 LED发光标志牌

本文设计的非接触供电LED发光标志牌（如图2所示），它由内部非接触供电电能接收单元、充电电池、LED、LED驱动电路、系统控制电路、柔性电路板、外封装透明胶套构成。外部由非接触供电电能发送单元及电源构成。

(1)电能发送单元

VOX330MP05S和VOXRIOD是近距离下的非接触供电芯片组，解决了长期以来不能解决的空振高压问题，使输出电压基本维持在一个相对稳定的电压范围内。

VOX330MP05S是一款专门针对市电电源的非接触供电的大功率发射模块芯片，可以将市电整流后直接给芯片供电，工作电压范围大，最低可低至IOOV，最高电压至400V，具有高达1A的电流发射能力，典型工作电路（如图3所示）。lc内部建有振荡、基准电压、脉宽调制、限幅、低压启动、输出推动和功率输出等电路，完全符合电磁共振的特殊要求：VOx330MP05s自身功耗小，输出电流大，发射效率高达70%以上：芯片内设自动限流电路，电路在空载时电流很小，而在大负载时的输出能力可达空载时的十倍以上：VOX330MP05S外围电路简单，主要元件只有一个电阻、一个电容和~个线圈，因此使用方便。配合相应的接收模块同时使用，就能实现非接触供电。

(2)电能接收单元

VOXRIO是一款专门针对VOX系列的非接触供电发射模块设计的配套接收模块芯片，可以为接收电路提供一个相对稳定的中心电压。VOXRIO内部建有基准电压、限幅、低压启动、输出推动和功率输出等电路，完全符合电磁共振的特殊要求：而且自身功耗小，输出电流大，接收效率高达80%以上：芯片内设自动限压电路，电路在空载时电流很小。VOXRIO外围电路简单，主要元件只有一个电容、一个二极管和一个线圈，因此使用方便。

电能发送单元发射电磁波，内部电能接收单元接收该电磁波并转换为交流电后经整流滤波成直流电对电池进行充电。一个电能发送单元可以对多个内部电能接收单元发射电磁波进行充电。充电电池一般用锂电池，但锂电池稳定性较差，在有易燃易爆气体及物品的环境中采用镍氢等电池。

(3) LED电路

一个LED与一个电阻串联后组成一个基本单元，若干个基本单元之间可以采用串联、并联、混联的方式进行连接：多个LED以阵列的形式安装在一块平面上组成LED点阵屏，点阵屏有各种颜色，分为单色、双色、三色。把LED呈矩阵状均匀布满于柔性电路板上，可以排列组合成指标或警示性的图标发光显示。

LED控制电路采用微处理器控制电路，以遥控控制系统、触摸控制系统、轻触开关来控制系统实现，简单的可以直接用微型按钮开关控制电源。LED驱动电路可采用分立元件驱动电路、集成驱动电路。

(4)封装

外封装透明胶套用于保护整个非接触供电式LED发光标志牌的电路，把整个非接触供电LED发光标志牌电路牢靠包封在外封装透明胶套内，无任何接口，因此本文所述的非接触供电LED发光标志牌具有高度可靠的防水、防漏气性能。本标志牌还可以根据用户需要，制做成不同形状，进行单面、双面、多面发光显示。

1.2 LED矿灯

据有关资料统计，煤矿井下瓦斯爆炸事故有三分之一以上是矿灯故障引起的，这主要是由于矿灯所使用的白炽灯泡存在的缺陷所造成的。而LED矿灯解决了白炽灯泡的安全隐患，在煤矿上大量推广使用。LED矿灯在节能、安全性、易用性等方面与采用白炽灯的矿灯相比都有较大改进，但还存在着以下问题需要解决。

矿井下潮湿、多水、空气混浊、灰尘大．LED矿灯采用了镍氢电池或锂电池为电源．LED发光二极管为光源，这些元件一但进水、进入灰尘后就易损坏，甚至报废。闭锁螺丝受潮后会生锈，难以卸掉，须将螺栓废掉，浪费材料费和工时。充电接口经常进灰堵塞，尤其水泥进到充电接口凝固后就很难去掉，影响LED矿灯充电，严重的就可能报废。

本设计把电能接收端置入LED矿灯，用透明胶套把LED矿灯牢靠密封，采用非接触供电技术，就可以解决上述问题。提高了LED矿灯的使用寿命、防爆性能、抗静电性能，降低了LED矿灯的报废率，减少了维修量，增加了实用性和安全可靠系数。

2.系统分析与构成

对使用非接触供电技术的LED发光设备的设计，要从三个角度考虑完成系统的设计：一是从器件的选择、电路设计上尽可能的提高系统的效率：二是嵌入非接触式的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术，实现ID认证机制，保证系统的安全：三是采用MCU(Micro Control Unit，微控制器)作核心的部分，产生驱动电路所需的振荡频率，同时也需要控制RFID组件与电能接收端进行信息交互。使供电端与用电端可以用一对一、一对多、多对一、多对多和网络分布方式供电。

系统由供电部分及工作部分组成（如图4所示）。供电部分由MCU和供电单元组成，MCU通过RFID发射单元检测负载位置的情况，当负载存在时，开通供电单元，进行供电。工作部分由MCU、与电能发送端相对应的RFID组件、LED单元、受电单元和充电电池组成，受电单元主要实现电能的接收，受电线圈接收电能，通过整流、滤波处理后向电池和LED单元供电。MCU的外围电路包括复位电路、参考电压电路、串口下载电路、电源与接地、按键、报警等。系统的人机对话界面，通过显示模块来实现。工作部分、供电部分、供电管理、按键、显示等功能都由MCU进行控制。

实现使用非接触供电技术的LED发光设备的方案是上述的整合，即两部分构成，分别为接220V交流电的电能发送端和给LED发光设备电池充电的电能接收端。将待充电LED发光设备放到充电器上，打开设在电源端的充电开关，电能发送端发出验证信息，电能接收端收到验证信息后发出确认信息，身份验证通过后，则控制驱动电路开始工作，实现电能的传输。

矿井供电交流材料范文第4篇

【关键词】矿井通风机 直流无刷电动机 具体应用

近年来，随着各种专用集成电路地不断涌现，单片机控制技术地快速普及，电动机产品也得到了不断更新，直流无刷电动机适应社会发展而产生。传统的直流电动机因为具有众多不足之处，比如：有机械摩擦和噪音、易于受无线电的干扰、造价比较昂贵、寿命较短、维修难度大等，所以应用的范围非常受限制。而直流无刷电动机是一种改进型的电动机，它具备了直流电动机和交流电动机双方的运行特性，适用的范围比传统的直流电动机要广泛许多。本文主要论述了直流无刷电动机在矿井通风机中的具体应用。

1 直流无刷电动机

直流无刷电动机简称为BLDC，它并非真正意义上的直流电动机。与有刷的电动机不同，直流无刷电动机是一种不依靠机械的电刷装置。它的基本运作原理是：在方波自控式永磁同步电动机的基础上，将霍尔传感器取代碳刷换向器，然后借用钕铁硼等材料制作出高质量的转子。无刷直流电机的转子由永磁体按一定的极对数组成，定子绕组一般分为三相、四相、五相不等，但只有一个电动机本体是无法工作的， 这是直流无刷电动机区别于其它电动机的一个特征。直流无刷电动机还需要相应的位置传感器和电子开关电路，当定子位置传感器将转子的位置变换为电信号后，控制电子开关电路，使定子各相绕组按一定次序通电（ 换相），就会使电机连续运转。与传统的直流电动机相比较，直流无刷电动机作业效率更高，效果更好。直流无刷电动机对于矿井通风机而言可谓是革命性的成功。

2 矿井通风机中的电气传动系统

在煤矿中，矿井通风是一件十分必要和不得不做的事情。矿井中的空气需要时常更换，必须保证有足够的清新空气流入，否则严重影响矿工的身体健康。矿井中的有些空气和粉尘甚至是有毒的，所以必须通过通风来加以排除。满足工作人员的基本需求，确保工作的安全，为旷工提供一个良好的工作环境，是一个煤矿必须要考虑和解决的事情。由此可见，矿井通风的重要性和必要性。为了使矿井下的气流能够沿着指定的线路流动和分配，必须建造引导控制风流的构筑物，即通风设施。在矿井通风设施中，电气传动系统占有重要的地位。

2.1 电气传动系统的组成

电气传动系统主要由三个部分构成，包括电源装置、电动机及控制装置。电源装置通常是采用由普通晶闸管或者可关断晶闸管等新型电子器件构成的变流装置，也可以采用电力电子的变流装置与交流母线的供电装置混合而成的电源装置。而其中的电动机一般是采用交流电动机。对于那些不采用电动机进行连续的速度调节的传动系统，常用交流母线供电装置作为电源装置，它与电气控制装置组成了电控系统。

2.2 电气传动系统的一般要求

煤矿中通常都设有通风机房，而在通风机房里一般设置有两套矿井通风机和传动电动机，相应设置的有两套独立的电控设备，分别用于工作和日后备用。矿井通风机的电气传动系统是确保矿井安全生产的关键性设备，所以必须保证电气传动系统的可靠性，同时能够实现经济运行。矿井通风机有其自身的特点，例如：负荷相对比较平稳、启动转矩相对较小等等，一般情况下会常使用母线供电和电气控制的交流电动机。而为了达到通风和节能两方面的目的，矿井通风时最好经过相应的经济和技术比较后，再来确定要运用的电气传动系统。

3 直流无刷电动机在矿井通风机中的应用

直流无刷电动机具有多相的定子绕组和由永久磁钢按一定的极对数组成的转子，定子绕组某相通电之后，电流会与转子的永久磁钢产生相互作用，出现转矩，达到驱动转子旋转的目的。位置传感器的功能是把转子的位置变成电信号，使定子绕组按一定的顺序来通电。直流无刷电动机主要由电子开关线路、电机本体和位置传感器三个部分构成。直流无刷电机调速系统有比较理想的转速调节性能和转矩控制能力，具有高效和高可靠性的优点，在电力推进领域发挥重要作用。实际上直流无刷电动机的组成部分有电动机的主体和驱动器的主体。三相对称星形接法是直流无刷电动机的定子绕组方式，和三项异步电动机比较，两者虽然有相似之处，但是也存在本质上的不同。对于直流无刷电动机，相关技术研究者已将冲过磁的永磁体粘附其上，然后在内部装置一部位置传感器，以达到检验直流无刷电动机的转子所蕴含的极性目的。直流无刷电动机的驱动机由功率电子器件和集成电路两部分构成。这两部分在矿井通风机的工作过程中发挥着非常重要的作用。主要作用如下：第一，控制直流无刷电动机的正常开启和停止，同时也能控制它的紧急制动，防止在关键时候直流无刷电动机影响矿井通风机的工作效率；第二，这两个器件的作用可以帮助位置传感器的信号的正确传播，连续产生高速度的转矩；第三，在接受速度指令的同时，还可以保证转速的正常调整和相关的控制；第四，在相关的集成电路上，可以保障矿井通风机运作频率的显示和相关的保护措施。

4 结束语

直流无刷电动机作为一种新型的电动机现已运用到社会各行业中，其自身具备的种种优点为很多工作带来了便利，得到了大家的充分肯定。直流无刷电动机克服了传统电动机的很多不足之处，有其突出的优势。与此同时也应明白传统的电动机也不是一无是处的，如果将直流无刷电动机与先前电动机完美结合，不仅能更好的发挥两者在作业中的作用，且可以促进各项工作的顺利开展。矿井通风机对煤矿而言十分重要，因此，直流无刷电动机在此方面有广阔的市场，当下，继续研究直流无刷电动机，将其运用于矿井通风中十分必要。

参考文献

[1]钱建中.直流无刷电动机及其控制[J].宁波职业技术学院学报，2004，8（1）：77-78

[2]周龙德.金属矿山通风机节能的途径和方法[J].现代矿业，2010，10：65-67.

矿井供电交流材料范文第5篇

中图分类号：TH165+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0012-02

1.前言

煤矿供电的安全可靠性对煤矿的生产具有重要作用，一旦煤矿供电系统出现故障就会使供电中断，不仅影响煤矿的正常生产，还会发生人身伤亡或设备的严重受损。通过理论上的研究及硬件上的改进，找出实现电缆故障实时监测的有效方法。这对提高煤矿供电的安全可靠性、煤矿的生产效率以及保护工人生命安全有重要意义。

2.井下动力电缆绝缘下降机理分析

井下电缆中主要存在着水树枝。水树枝是交联聚乙烯电缆进水时，因电场作用，在绝缘体内形成树枝的现象，它会使电缆的绝缘性能下降。

2.1 介质损耗与水树枝的关系

高电压电场中，因绝缘材料的介质极化和介质电导的滞后效应，绝缘材料的介质内部会有能量损耗，称之为介质损耗。介质损耗会加速绝缘材料老化，并使其温度升高，长时间的高温会导致绝缘材料的热击穿从而使绝缘材料失去绝缘性能。故介质损耗是衡量绝缘材料绝缘性能的重要参数。聚乙烯电缆的绝缘结构可用电容和电阻的并联来等效[1，2]，如图1。

图2所示向量图，损耗因数是施加在绝缘系统上的电压与流过绝缘系统的电流之间夹角的余角正切值，能反映绝缘材料的绝缘特性，此数值与绝缘材料的形状和尺寸无关。介质损耗能较好的反应绝缘材料的整体绝缘性能，可判断设备的整体受潮或介质的整体劣化等缺陷。对于局部性缺陷介质损耗也会有一定参考价值。

据相关研究，6kV电压级交联聚乙烯电缆的水树枝长度与的关系：电缆绝缘值随水树长度的增加而增大。水树枝的形成能影响电缆对地绝缘情况的变化、介质损耗的增加，找出能检测值的方法，据上面公式可估算电缆对地的绝缘情况。

2.2 XLPE电缆的击穿过程

现在井下供电电缆大部分是交联聚乙烯电力电缆（XLPE）。运行经验及研究表明，树枝状老化（水树枝、电树枝）是XLPE电力电缆绝缘破坏的主要过程。研究和实践也发现，水树枝的形成必须存在一个很不均匀的场强，只要电缆绝缘体中有水树枝或电树枝，则绝缘层的强度下降，介质损耗增大，最终将导致击穿。只要能实时监测由电缆的水树枝引起的介质损耗的增大，就可实时监测电缆的绝缘程度。

3.低频电流法原理

图3低频电流法原理图，低频电流法是在三相交流电网中叠加一个频率较低的电压源信号。电源U通过隔离变压器和三相电抗器进入电网中。电流流经电网每条支路对地的分布总电容C和对地绝缘总电阻R，再通过大地形成闭合回路。利用霍尔传感器感应出相应支路的电流信号，通过对低频电压、低频电流信号进行处理与计算，即可求得电缆对地的分布电容和绝缘电阻等绝缘参数，从而实现线路绝缘参数的在线监测。

第一条支路绝缘参数检测等效电路图如图4 ，其中是隔离变压器阻抗、SK是三相电抗器阻抗、是线路阻抗、，为单支路三相线路对地的总电容和总电阻。

计算整理得到

其中U为低频电压有效值；I为低频电流有效值；为低频电压与低频电流的夹角；为角频率。

同理可求出另外支路对地的总电容和总电阻、。其中n为1、2、3、……。

当发生支路接地故障时，等效电路如图5隔离变压器阻抗、三相电抗器阻抗、线路阻抗等其阻性部分的阻值不能再被忽略，一般它们的值是不变的，可等效为，设发生故障时支路对地的绝缘电阻为Rg，对于660V低压井下电缆来说Rg不得低于，得。

由上可知求出电缆对地分布电阻分布电容的关键是求出流经电缆电流和电压之间的夹角。试验证明此法对未贯穿的水树枝造成的绝缘性能下降有很好的监测效果。容性电流过会淹没电缆因为绝缘电阻减小而产生的电流。而单纯的直流电源又无法监测电缆的介质损耗角无法评估电缆的整体绝缘情况。采用20V到30V之间的电压值是为了保证电缆绝缘性能降低时有足够的响应电流，避免电压过大对电网和负载产生影响。

对井下电缆来说聚乙烯电缆的绝缘老化主要因为绝缘层中水树枝的存在，低频电流叠加法较适合这种原因所引起电缆老化的检测。

4 硬件设计

选用DSP芯片TMS320C6203B设计硬件系统。整体硬件电路框图如图6

其中信号调理电路包括信号的前置放大电路和滤波电路。本设计中DSP芯片是主要的信号处理单元。