测量和特征分析煤矿风机变频器的电磁干扰

文摘

广泛使用的转换器在大功率风机,希勒,路头,输送机、提升机、煤矿和其他设备,变频器的电磁干扰问题值得关注。摘要现场测量和统计方法用于分析变频器的辐射干扰特性。然后,一个典型的风机变频器为例,和电磁干扰测试转换器的四个关键位置和两个工作频率,分别。获得的多组数据和光谱使用频谱分析仪等仪器,和主要着重分析了转换器的频率特性参数。小样本数据采用Shapiro-Wilk测试,80% / 80%规则是用于统计分析。最后,我们有五个常见的电磁干扰产生的频率转换器(电场dBμV / m)。CH的₄传感器和其他传感器工作这五个主导频率附近,这可能影响传感器的正常运行,导致警报。测试和分析方法提出了可用于获取变换器电磁干扰的特征参数,它可以用作参考免疫传感器的设计和控制仪器。

1。介绍

近年来,煤矿设备的技术的提高使电气设备向多元化发展,大规模、高电压和高功率(1]。转换器和其他非线性电子设备广泛应用于大功率风机,希勒,路头,输送机、提升机、以及其他电气设备。这些大功率设备可能产生许多类型的电磁干扰。电磁干扰是加重的密度分布等各种金属管道在狭窄的封闭空间地下巷道和地下工作空间的电磁环境变得越来越复杂(2]。煤矿的电磁环境已经成为一个关键的研究问题。煤矿安全监控系统是几个主要系统之一,必须在煤矿安全生产,用于监测煤矿的各种环境参数和设备,发现异常时给出报警。它也是一个重要的数据来源分析煤矿安全技术、CH₄传感器是特别重要的3]。

自1970年代以来,许多研究人员已经做了大量工作的测量和统计分析电气设备的电磁干扰。测量结果表明,开关操作可能会产生一系列的瞬态脉冲,导致进行排放。干扰有很大影响矿井的监控电路设备,经常导致矿井监控系统记录错误数据和省略的信息(4,5]。煤矿巷道中电磁波的传播特性和电缆(6,7和煤矿面临的电磁环境8提出了]。王米尼安人(9]简单地分析了谐波污染和电磁干扰问题在我的应用程序的第二个煤矿的变频器Selian并提出了一些解决办法。然而,有一些研究大功率变频设备的电磁干扰特性煤矿。

在有限的空间里地下煤矿,有通风等权力工具的集合,采煤,路头,输送机,起重机,和控制工具,如保护、控制和通信。它是一个典型的环境结合电力仪器和控制仪器(10,11]。控制仪器工作在复杂的电磁环境。为了确保煤矿控制仪器的正常运行,避免电磁干扰的影响,有必要测试和定量分析环境中电磁干扰的来源。

辅助系统的统计特征干扰电压下脉冲电流进行了分析(12]。从[13),电磁干扰的分布特征的近场IGBT模块的转换阀进行了统计分析。很难预测和分析数字仿真的电磁环境。因此,这是一个更好的选择,分析了电磁环境在煤矿测量数据的统计分析(14,15]。本文指在变电站电磁干扰数据的统计方法,分析了电磁干扰造成的许多高压和大功率设备在煤矿。

现场电磁干扰测量数据有限,样本容量小,数据特征色散(16]。虽然事实表明,大量的观测数据服从正态分布,有必要测试正常的现有数据17,18]。摘要Shapiro-Wilk测试用于测试小样本数据的正态分布,并代表优势频率的值是通过用80% / 80%法则。本文使用这两个方法来完成统计分析。

2。测量在煤矿的电磁干扰

这个测试的背景是我在隶属于冀中能源集团公司;这是发现CH₄传感器安装约1米距离当地球迷经常受到电磁干扰,如异常数量,假警报,崩溃,重启。因此,风扇附近的电磁环境测试。传感器电缆远离转换器电缆大约10厘米,我们测试了干扰附近的10厘米转换器电力电缆。而且可能有其他控制设备在3 m转换器,我们也选择了3 m测试距离。

2.1。测试仪器

因为有易燃易爆气体在煤矿现场试验条件和设备要求很高。根据煤矿安全法规,煤矿供电系统必须满足安全生产的要求,它是不允许打开防爆外壳的设备和破坏设备的防爆等级。此外,它是不方便地下电力,和每个区域之间的距离远。因此,测试仪器必须是安全的,光,电池驱动,可以实时保存测量数据(11]。此外,矿山机电设备的电磁干扰与宽光谱范围属于宽带干扰,和选定的测量工具应该能够覆盖整个辐射频带(19,20.]。考虑测试需求和范围的光谱辐射干扰,测量仪采用一个Keysight频谱分析仪N9342C,如图1和2;天线采用R & S®HE300。

测试设备是矿山风机变频调速装置,名叫zjt - 75,如图3。变频调速装置的功率是75千瓦,额定电压660 V,变频器控制风机功率是15千瓦。转换器的功能的在线控制,可以调整电动机工作电源的电压和频率根据负载变化,实现所需的扭矩。

过去,煤矿主要采用媒体与球迷,通风和恒速运行的粉丝经常导致“一风”CH的现象₄放电,容易创建CH₄事故(21]。我的应用ZJT系列变频器风扇控制可以有效地解决CH的放电₄地下巷道开挖过程中,消除隐患的CH₄爆炸引起的“风”从根本上(22]。

2.2。实地测试

为了确保煤矿的安全生产,防止CH₄积累在标题的脸上,确保通风系统的稳定性和可靠性,标题的工作通常是设计子系统如双风扇、双电源、自动切换、变频调速装置、和安全监测系统。安全监测系统和CH₄传感器排列附近的球迷,和当地的通风系统安排如图4。在安装风扇变频调速装置,可以自动调整风量根据CH₄内容实现快速CH的目的₄放电。然而,变频调速装置的应用也带来了一些电磁干扰,这可能影响CH₄传感器在附近的安全监测系统。因此,变频调速装置附近的电磁环境测试当地的球迷。

输出频率范围使用的风机变频调速装置在这个测试是0.5 -60 Hz。为了消除不同频率对测量数据的影响,测试输出频率是20赫兹和35赫兹,分别。我们测量变换器在几个不同的地方。考虑到变频调速装置的输出电缆平行于电源和信号电缆的CH₄传感器,经过比较和分析,选择四个地点的测试结果,包括三个近场位置转换器电源输入,输出,和风扇电缆输入和位置在3米的距离,如图5;这些位置通常可以更反映了变频器的干扰情况。

3所示。电磁干扰的特征数据

各种各样的电磁干扰可以通过测量在煤矿。不同设备的电磁干扰在不同的位置有不同的特征。干扰的频域特性可以提供一个参考的设计屏蔽和过滤的控制工具。此外,干扰的频域特征也是一个重要的基础免疫试验的设计。因此,总结电磁干扰的频域特征是重要的一步来科学评估煤矿的电磁环境和指导控制仪器的抗干扰设计。

3.1。电磁干扰的特征参数的定义

基本参数的电磁干扰频域包括扰动上限频率、带宽和主导频率。摘要井下瞬变电磁干扰的频域分析测试数据主要是指主频率(DF)。它是定义如下。

范围内的干扰频段,在几个明显突出的频率团体,最大振幅的最大值点是选为主导频率(17]。

3.2。基本分析电磁干扰的特点

测试数据所示,横坐标是频率(MHz),纵坐标是电场(dBμV / m)。下列四组数据进行了分析。

图6显示了电磁干扰的频谱10厘米远离转换器的输出电力电缆。测试频率范围1-50 MHz。根据优势频率的定义,主要的电磁干扰频谱的频率分布为2.38 MHz, 10.10 MHz, 20.20 MHz, 30.90兆赫和44.40 MHz。2.38 MHz是最大的,附近的干扰和振幅为99.7分贝μV / m。

图7显示了电磁干扰的频谱10厘米远离转换器的输入电力电缆。测试频率范围1-50 MHz。进一步分析表明,主要的电磁干扰频谱的频率分布为2.28 MHz, 11.33 MHz, 14.85 MHz, 17.08兆赫和26.88 MHz。2.28 MHz是最大的,附近的干扰和振幅为74.47分贝μV / m。

图8显示了电磁干扰的频谱测试在3 m的转换器的前面。测试频率范围是0.2 -20 MHz。主要的电磁干扰频谱的频率分布为0.58 MHz, 2.44兆赫和4.86 MHz。0.58 MHz是最大的,附近的干扰和振幅为60.85分贝μV / m。

图9显示了电磁干扰的频谱上的电动机侧电缆附近的10厘米转换器连接电动机电缆。测试频率范围1-50 MHz。进一步分析表明,主要的电磁干扰频谱的频率分布为2.39 MHz, 9.63 MHz, 19.90 MHz, 26.70兆赫和33.00 MHz。2.39 MHz是最大的,附近的干扰和振幅为98.09分贝μV / m。

转换器产生的干扰主要是在电源的输出端,距离和干扰变弱。远离转换器,干扰越小。电力电缆的输出变换器电机是一个强干扰来源,所以它应该远离干扰源传感器时尽量安排。的观测频率特征转换器干扰达到明显的峰值在某些频率点,和传感器的信号传输协议应尽量避免这些频率,防止cofrequency干扰。

3.3。特征参数的统计测试的电磁干扰

扰动数据有一定的随机性。因此,数据的随机性使干扰信号测量一次不能使用为基础来评估整个系统的干扰水平。必须使用统计方法来获取统计特征,然后,全面、客观地预测和评估整个系统的干扰水平。但是由于小样本数据的特点,很难确定分布的人口。我们需要测试数据的正常,然后估计基于正态分布的特征参数。

3.3.1。Shapiro-Wilk测试

Shapiro-Wilk测试提出了以夏皮罗和m . b . Wilk在1965年。当样本容量 ,Shapiro-Wilk测试正常的假设是有效的(23]。

实现步骤为Shapiro-Wilk测试如下:步骤1:安排n观察小大订单 。步骤2:遵循以下方程: 计算统计值W。在哪里n是偶数, ,当n是奇数, ; 代表了样本均值的数字。相对应的值可以获得从系数表(24]。步骤3:根据和n检查表(分位数表的统计W)[24)得到的W。步骤4:做出判断;如果 ,然后拒绝 ;否则不拒绝( :总体服从正态分布)。

3.3.2。80% / 80%规则

为了描述瞬变电磁干扰科学的特点,必须使用统计分析方法。80% / 80%的规则是抽样检验规则干扰水平测量CISPR推荐的。

抽样检验可分为两类:抽样由变量和样本的属性。由变量抽样测试和计算样本的特征值,然后比较它们与合格判断标准中指定的数量来确定批产品是否合格。抽样的属性只是给“0”或“1”的样品,根据样品的数量是0(或1)来确定产品是否合格。80% / 80%的规则是根据简单随机抽样和测量采样。排放水平(免疫力水平)是连续随机变量,符合正态分布。

CISPR 22指定一个方法进行统计计算,这一假设在dB电场参数的管理μV / m是一个高斯分布或正态分布,人口,并应用非中心t分布建立适当的信心(25]。本文中使用的标准是瞬变电磁干扰的频域分析数据。目的是为了定义极限值l作为一组数据的代表值,并提供一个基础免疫测试标准的制定未来的二次设备。

样本均值被定义为

样本标准差被定义为

80% / 80%的表达规则(26)是 在哪里振幅的意思吗n样品在测试;监管限制;是由方程(3);的振幅是吗我样本;和k因素,依赖于样本的数量,收益率80%信心;和k值如表所示1。

统计分析的基础上,我们定义了本文中使用的80% / 80%规则:至少80%的测试数据得到满足(小于或等于)指定的限制,至少有80%的信心。

4所示。测试和分析

使用频谱分析仪N9342C的四个测试点一般的转换器。变频器的输出频率是35赫兹和20 Hz。电磁干扰的频谱特征得到两组的工作频率下,基本和频域分析是进行的测量数据转换器风扇的煤矿。数据表中列出2和3。

根据图像的频率要点的分析,得到五组数据,安排的顺序从小型到大型,紧随其后组1:2.22,2.28,2.28,2.31,2.38,2.39,2.39,2.40,2.44,2.48,2.48,2.73组2:9.63,9.70,9.74,10.10,10.16,10.27,10.30,10.49,11.30,11.33第三组:19.90,20.17,20.20,20.39,20.71,21.14,21.96第四组:30.90,31.07,32.50,33.00,33.28,33.70,34.48,35.26组5:41.00,41.91,41.91,42.70,42.97,44.40,44.65

的五组Shapiro-Wilk测试,测试的数据和统计值W分别为0.869、0.801、0.982、0.950和0.931。以第1组数据为例;如果测试水平= 0.05,当n= 12,W_0.05= 0.859,因为0.869 > 0.859,也不会拒绝原假设。数据组1,3,4,5不拒绝原假设在测试水平= 0.05,数据组2不拒绝原假设的测试水平= 0.01。因此,以上五组数据服从正态分布;我们可以应用80% / 80%规则进行进一步的统计分析数据。主频率的第一组数据为例,n= 12,k= 1.20,DF₁= 2.56 MHz。同样,其他主导频率为11.05 MHz, 21.60 MHz, 35.00兆赫和44.61 MHz。

上述数据表明,即使测试位置是不同的,变频器的工作频率是不同的,通常有大的振幅扰动附近2.56 MHz, 11.05 MHz, 21.60 MHz, 35.00兆赫和44.61 MHz。这五个组的频率是常见的频率转换器可能产生电磁干扰(电场在dBμV / m)。CH的₄传感器和其他传感器工作这五个主导频率附近,这可能影响传感器的正常运行,造成假警报。

5。结论

本文进行现场试验在风扇转换器,煤矿中广泛使用的模型和电磁干扰数据和频谱获得被观察和统计分析。基于小样本数据,Shapiro-Wilk测试方法在统计方法中选择。本文计算后,主频率样本符合正态分布,然后80% / 80%规则是用于获得其统计特征。它可以得出五个频率为2.56 MHz, 11.05 MHz, 21.60 MHz, 35.00兆赫和44.61 MHz是常见的电磁干扰的频率(电场在dBμV / m)。即使测试位置不同和转换器的频率是不同的,还有常见的频率附近的干扰。CH的₄传感器和其他传感器工作这五个主导频率附近,这可能影响传感器的正常运行,造成假警报。根据电磁干扰测试结果的转换器,传感器应安排尽可能远离转换器;注意电源信号传感器的接线,并远离转换器的功率输出电缆,尤其是避免长距离平行布线;如果附近的传感器转换器是不稳定的,试图改变的信号传输频率传感器。

有进一步计划建立等效模型和模拟转换器,转换器研究电磁干扰的机理,影响因素和抑制措施。它提供了参考意义的设计和布局的转换器和煤矿的二次设备。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章,可从相应的作者。作者同意公开的数据。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这项研究的出版物。

确认

这项研究是由中国煤炭科技工程集团,授予2020 - zd005数量。

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