應煤礦智能化建設需求，井下主運輸皮帶機、刮板機、風機、水泵等高壓大功率設備的智能驅動控制尤為重要。以井下主運皮帶輸送機為例，作為煤炭運輸的核心設備，其具有容量大、負載重、長期連續運行的特點。現有液力耦合器雖能在一定范圍內實現平穩調速，但存在滑差損耗大、整體效率低、調速性能依賴液力傳動油質量、日常維護工作量大等問題。變頻調速技術憑借調速范圍寬、精度高、響應速度快、可實現軟啟動等優勢，在現有調速系統中占據重要地位——目前已有部分煤礦井下運輸機采用該技術，其特有的主從控制功能和大起動力矩特性有效保障了運輸機的穩定高效運行。實踐表明，采用高壓防爆變頻器替代液力耦合器進行調速控制，能提供更完善的系統解決方案。高壓防爆變頻器具備速度可調、小電流高啟動轉矩、負荷分配功能及完善保護等特性，結合皮帶機負載特性，其在煤礦皮帶機上的應用已成為必然趨勢。
高壓防爆變頻器典型案例
1系統原理說明
營盤壕煤礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗嘎魯圖鎮，核定生產能力為1200萬噸/年。其北翼主運皮帶輸送機系統采用新風光高壓防爆變頻器（型號BPBJV2-1250/10），該設備輸入/輸出電壓均為10kV，額定功率1250kW，基于級聯拓撲結構設計，每相配置8個功率單元。驅動系統采用機頭4臺電機與機尾2臺電機協同驅動方案，其中皮帶機搭載的礦用隔爆型永磁同步變頻電機型號為TBVF-900YC，電壓10kV額定功率900kW，額定轉速60r/min，整套驅動系統采用主從控制架構，通過光纖通訊實現六臺變頻器的精準協同，確保運輸系統的高效穩定運行。
皮帶機系統框圖
2高壓防爆變頻器系統結構
高壓防爆變頻器系統結構
10kV電網電壓通過移相變壓器實現三重功能：首先將輸入高壓降壓至三相690V獨立電源，為功率單元提供隔離供電；其次通過延邊三角形接線方式對單元輸入電壓進行相位偏移，形成多脈沖整流結構，有效降低電網諧波畸變率；最后該結構為功率單元級聯提供了電氣隔離的獨立電源。單元級聯采用載波移相技術，通過相鄰單元載波相位差補償，使輸出電壓趨近正弦波。
控制系統以高速DSP為核心處理器，采用全數字化矢量控制算法，主控單元與功率模塊間通過光纖通訊實現指令傳輸與狀態反饋，可確保系統在爆炸性環境下的實時控制精度與抗干擾能力。
功率單元拓撲
高壓防爆變頻器使用功率單元串聯疊加技術，每個功率單元接收主控機的正弦調制波，通過自身的載波移相后產生SPWM輸出波形，各單元輸出電壓波形相互疊加形成正弦波，使變頻器輸出波形基本與工頻電壓正弦波形相近，無需輸出濾波器，實現對電機無諧波干擾；由于dv/dt小，對電機及電纜絕緣無損傷，適用于普通電機和電纜，同時實現5000m電機長距離供電，營盤壕煤礦高壓防爆變頻器放置在距離皮帶機100米橫向巷道內。由于對電網側實現幾乎無諧波干擾，特別對電機幾乎無諧波干擾，被譽為“綠色無諧波變頻器”。
機頭位置投運設備
機尾位置投運設備
3控制方式與應用效果
主從機光纖通訊系統框圖
皮帶機負載在多機驅動時容易發生負荷分配不均的問題。兩臺相同型號電機由于材料性能和制造工藝差異，往往轉速與轉矩特性存在差異，從而影響主從機功率平衡。
為了解決上述問題，本項目采用主從機高速石英光纖通訊系統，可快速完成數據傳輸并保證傳輸數據可靠性，除此以外新風光高壓防爆變頻器搭載基于矢量控制的轉速下垂控制模式，可根據電機電流的變化動態地實現各個電機之間負載平衡的精準分配。
營盤壕煤礦使用高壓防爆變頻器應用效果
1真正實現皮帶機軟啟動。變頻器低頻運轉可輸出2.2倍額定力矩，啟動時間可在1～3600s內調整，滿足皮帶機重載軟啟動工況需求。
2實現精準功率平衡。實現機頭4臺電機與機尾2臺電機距離5000米同時驅動狀態下的轉矩平衡。各個電機之間不平衡率小于2%。
控制箱顯示不同整機運行電流
3實現在線投切功能。此6驅皮帶機系統按照5臺設備投運1臺設備備用方式執行，支持變頻器整機設備在線投入功能，當5臺運行設備其中一臺設備故障退出，備用變頻器立即投入，保證皮帶機不停機，運行可靠且更安全。
4自動調整皮帶機運行速度。配合煤流量傳感器，根據負載輕重自動調節膠帶運行速度，實現“煤多快跑、煤少慢跑”，系統運輸效率大幅提升。
5節能降耗，具有重大經濟和社會效益。使用高效率的低速直連永磁同步電機，去掉減速機，系統效率和維護效率大大提升，在實際應用中，變頻器軟啟動降低了系統啟動沖擊，根據煤量調速降低了皮帶機系統的高速運行時間，大大減小了電機、滾筒、托輥和皮帶等機械系統磨損，延長設備使用壽命，減輕系統設備現場維護工作量和維護費用，降低了工人勞動強度，電機低速較高速運行的電能消耗明顯降低。對于節約電能、降低皮帶機系統機械損耗具有重大意義。
4應用優勢
1占地面積小，維護簡單
當前行業主流的變頻器使用方案為采用移動變壓器+變頻器方式供電，不僅占地面積大，而且現場走線連線施工量大；而我公司將移變和變頻器整合一體機設計，具有10kV、6kV變頻器均可選擇，大大節約占地面積以及現場施工；高壓防爆變頻器采用模塊化設計理念，按照需要更新維護功能模塊，方便產品后期現場維護。
新風光變頻器與其他廠家對比
2多重保障運行無憂
除設備自身具備在線冗余功能外，單臺變頻器每相支持3個功率單元冗余。當單元發生故障時，系統可自動旁路故障單元，確保生產過程不受影響。
單元旁路過程
3負載自適應自平衡
自適應各類負載運行，多級驅動類負載具有自動功率平衡，無需人為干預，可支持10臺以下整機主從控制。
4智慧礦山通信接口
滿足智慧礦山通信接口，支持光纖，網線，無線等多種網絡接入方式，營盤壕煤礦采用網口通訊將數據傳輸到井上數據監控中心；遠程監控故障診斷：可以通過PC或者手機APP進行相關數據監控，故障分析以及器件壽命預估。
結束語
礦山行業正加速向大型化、智能化方向轉型，國家能源局與國家礦山安全監察局聯合發布的《煤礦智能化建設指南》明確提出，智能采煤、智能運輸等場景對高電壓大功率變頻調速系統提出迫切需求。然而，傳統防爆變頻器普遍存在的輸入/輸出諧波畸變率較高問題，成為制約井下設備應用的瓶頸。新風光高壓防爆變頻器在營盤壕煤礦的成功應用驗證了技術突破，通過移相變壓器與功率單元級聯技術，實現輸入諧波畸變率<3%、輸出電壓諧波<2%的優異指標，成功破解井下諧波治理難題。
該方案在煤礦智能化建設中發揮關鍵作用，其主從下垂控制策略支持5000米超長距離供電，驅動效率提升15%，功率因數達0.99，配合光纖通訊與故障預警模塊實現遠程診斷與功率平衡自適應調節，設備綜合能效提升20%。通過變頻驅動技術革新，煤礦井下設備能耗降低18%～25%，單臺設備年減碳量超500噸，為煤炭行業“雙碳”目標實現提供核心裝備支撐。隨著《煤礦智能化建設指南》的深化實施，高壓防爆變頻器在帶式輸送機、刮板機等關鍵設備中的滲透率將逐步提升，成為推動煤礦智能化升級的核心動力。
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