一、引言
隨著電力電子技術的飛速發展，高、低壓變頻調速技術已發展成一種成熟穩定的技術，在各個生產環節交流電機變頻調速系統以其體積小、低維護量、優異的調速效能等諸多優點在逐步替代傳統的直流調速系統，現已經成為電機驅動的發展趨勢，成為電機節能高效執行的有效手段。
煤礦地面的大動力裝置主要包括：主井提公升機（或主運輸皮帶機）、副井提公升機、主通風機、壓風機等高壓大功率用電裝置。因此，電機的節能經濟執行應從高壓大功率裝置的變頻改造著手進行。
尤其煤礦的立井主提公升機因其每天約20多小時連續執行是煤礦生產中的主要耗能裝置，對其進行變頻改造、節能經濟執行尤為必要。
二、主井提公升機的技術引數和調速現狀
目前，國內還有很多礦井的主井提公升機採用交流非同步電動機的轉子串電阻方式進行工作。起主井提公升系統主要包含非同步電動機、電控、調速電阻、輥筒、箕鬥、鋼繩等組成。以下就某煤礦主井提公升機改造專案進行**和研究。
某煤礦主立井提公升機目前的調速方式為轉子串電阻調速，採用接觸器控制電阻的投切，加速時間長達約20秒左右；減速爬行至停車時間長達29秒左右,加速時電機電流持續接近100a耗能嚴重。且起動時電機的衝擊電流大大超過電機額定電流。因此，在2023年對該主井提公升機進行了變頻改造。
目前,主立井提公升系統是雙鉤8.8噸箕鬥纏繞式提公升機，其調速系統是交流6kv/630kw雙機驅動的繞線電機串電阻調速系統。
1) 轉子迴路串接電阻，消耗電能造成巨大的能源浪費；
2) 電阻只能分級切換，實現的是有級調速，裝置執行不平穩易引起電氣及機械衝擊；對電機軸承,鋼絲繩,減速器齒輪等造成巨大衝擊,威脅系統的機械安全.
3) 低速轉矩小，轉差功率大，啟動電流和換檔電流衝擊大；
4) 中高速執行振動大；制動不安全不可靠。
5) 司機的開車熟練程度和責任心完全影響提公升時間、電機電流，尤其夜班司機易疲倦，存在安全隱患。
6） 線繞電機轉子因為工作溫度高容易開焊，滑環存在接觸不良問題，容易引起裝置故障。
7） 裝置維護工作量大、維護費用高。
8） 2臺電機分別串接三相轉子電阻體積龐大，發熱嚴重使工作環境惡化，夏季使環境溫度高達60℃以上，導致工作環境惡劣。
9） 電機的功率因數低，無功損耗較大。
三、主井提公升機的變頻改造
3.1變頻工作，老系統備用
採用1套榮信電力電子股份****生產製造的規格型號為rhvc—a06/1600—tr的高壓變頻裝置和plc電控系統對現有老系統進行改造，此變頻系統是提公升機專用的向量控制四象限h橋串聯多電平技術的高壓變頻調速裝置；因老系統目前尚可以使用故不拆除而作為備用系統保留。
3.2工頻手動切換
系統配置了手動工頻旁路。
在變頻系統需要維護或故障時切換櫃能實現工頻旁路，旁路後改為原來的轉子串電阻調速系統。手動切換控制如下圖所示：變頻工作時首先分斷進線電源開關k1使系統斷電，再將k11、k12閉合，k13斷開，此時轉子繞組三相通過乙個刀開關短接；若需切換至工頻時，在k1分斷使系統斷電的情況下將k11、k12分閘，k13閉合，同時分斷短接轉子的開關。
在設計時k11、k12和k13進行了機械互鎖。
而且工藝電控系統也改造為高可靠性的plc電控系統，由此plc電控系統完成與老系統的切換控制。
四、高壓變頻原理
rhvc系列高壓變頻調速系統作為一種高新技術節能產品，採用目前國際上先進的igbt功率單元串聯多電平技術、數字控制技術、spwm脈寬調變技術。具有高效節能、高功率因數、高可靠性等特點。
每相由5個功率單元串聯成為一相，三相y接輸出。逆變器輸出採用每相5個功率單元輸出的spwm波相疊加，形成高質量的正弦波輸出，供給電動機，來驅動風機。
主控櫃和功率櫃之間採用光纖隔離技術，防止了電磁干擾，做到了高壓與低壓的完全隔離，具有極高的安全性。
高壓變頻的系統拓撲圖（如圖3）所示
圖3 系統原理拓撲圖
五、提公升機變頻改造的收益
主立井提公升機機高壓變頻改造後除給使用者帶來直接的大幅度降低提公升用電的電能消耗，獲得直接的節能收益外，還帶給使用者其他多方面的綜合效益。
改造前噸煤電耗
此主井2023年全年的提公升耗電為440萬度，產量為220萬噸。
所以其噸煤電耗為440萬度 / 220萬噸 = 2度 / 噸
改造後噸煤電耗
經省節能監測中心檢測，其煤電耗為1.6度 / 噸。
節能率為：(2-1.6)/2=20%
5.2．提高產量
主井提公升距離為374.4公尺，最大提公升速度7.5m/s,箕鬥載重8.8噸。變頻改造後的提公升速度圖如下示。
按照國家《煤礦安全規程》規定，高壓變頻改造後提公升速度圖按系統設計滿足設計能力的加、減速度的執行，一次提公升時間核算如下：
採用高壓變頻控制系統改造後, 提公升機執行時間計算結果為:
改造後，提公升過程總時間為: 69.60s
目前裝卸載時間為6-10s, 所以乙個提公升迴圈總時間為:79.60s, 估算為83s.
如提公升機執行按一天工作22小時, 每年執行11個月，每斗煤按8噸計算, 得到綜合計算：
每年的產量計算為： (3600/83)*22*30*11*8(噸/鬥)=252萬噸
[注:原系統的產量220萬噸]
六、結束語
經過變頻技術改造後主井提公升機執行良好，主井提公升的噸煤能耗下降20%，增加了礦井的提公升能力，同時提高了電網的功率因數。事實證明高壓變頻器有著無法比擬的優越的產品效能和無法超越的技術領先優勢；在煤炭行業的節能改造中應用能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對於建立節能環保型的社會發揮著重要的作用。
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