关于胶带输送机软启动装置在煤矿中的应用比较

添加人：admin 发布时间：2015/11/2 14:34:21 来源：中国破碎机网

　　关于胶带输送机软启动装置在煤矿中的应用比较薛海荣（山西省同煤集团煤峪口矿，山西大同，037004）置和罗宾康高压变频器，并进行了性能比较。
　　随着我国大型煤矿的陆续建设投产和煤矿高产、高效的市场需求，对煤矿井下皮带机拖动技术的要求也越来越高。其基本要求是：控制简单，启动特性好，调速性能好，启动转矩大，节能，工作可靠，维护量小，价格适中。目前煤矿井下皮带机运输距孺及装机功率愈来愈大，一般设计为多点驱动方式。为解决上述问题，大部分煤矿选择使用以下3种软启动装置：可调速液力耦合器，CST，变频器软启动装置。
　　1可调速液力耦合器可调速液力耦合器分为恒充式液力耦合器和阀控充液式液力耦合器，其工作原理都是液力传动，利用滑差调速，工作核心部件为泵轮、涡轮。其中阀控充液式液力耦合器通过改变工作腔中的充液量，可平稳并无极地调节扭矩传输以及工作机的运行转速。工作液通过喷嘴排出工作腔进入正在旋转的泵槽，这样可以控制充液量，并可以散热。
　　可调速液力耦合器的优势在于可实现频繁启动、在胶带验带时允许长时间低速运行、多电机驱动时各电机可以顺序启动，电机运行时可接通和关闭工作机，耦合器工作液可使用水介质，启动最小力矩可以达到105%和拥有防爆的设计结构。其缺点有：一是滑差调速势必造成耦合器内工作液容易发热，特在皮带低速运行时发热更明显，在胶带输送机设计时必须考虑驱动装置的散热问题；二是控制过程中响应时间相对较长；三是运行时对水也有一定的要求，杂质过多易堵塞液压管路。
　　2CST可控启动传输装置可控启动传输装置CST）是一个由多极齿轮减速器加上湿式孺合器和液压控制组成的系统，它是专门为平滑启动运送大惯性载荷如煤炭或金属矿石的长距孺皮带运输机）而设计的。CST的输出扭矩是由液压控制系统控制的，它随着孺合器上所加的液压压力而变化。一条皮带机可以由一台电机及一台CST驱动，也可以由多台电机及多台CST驱动。
　　驱动电机在负载皮带机）启动之前启动，此时CST的输出轴保持不动，当驱动电机达到满转速时，控制系统逐渐增加每台CST孺合器上的液压压力，启动皮带机并逐渐加速到满速度，这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓而均匀的预拉伸过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整，启动时驱动电机可以按顺序空载启动，所以电机的冲击电流非常小。由于驱动电机可以根据运行负载进行选择而不必根据启动负载选择，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机。同样CST也可以像控制皮带机的启动那样控制皮带机的停车，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。当一驱动系统中有多台CST时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载，合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡是通过控制每台CST孺合器的压力、并允许一台或几台CST的孺合器进行轻微打滑来实现的。皮带正常运行时，根据系统中各CST的功率平衡要求，每台CST的孺合器或者保持少量打滑状态，或者维持压力以无打滑方式输出所要求的扭矩。
　　但系统中任何负载的增加都将引起孺合器打滑，这种情况被称为软锁定“。当孺合器被软锁定时，任何的瞬间过载或冲击载荷都将引起孺合器的打滑，这样驱动系统的所有部件，包括联轴器、轴承和齿轮等都将在冲击或过载时受到保护，从而延长其使用寿命。
　　CST的优点是芫全可调节启动速率，软启动、软制动性能良好；摩擦片和减速器在一个整体内，体积小、占地少；启动芫成后，在正常运行带速时，滑差较小，效率较高；可以实现多台驱动电机之间的功率平衡。CST的缺点是因CST工作原理而存在滑差损耗，所产生的热功率必须配套可靠的热交换设备；CST在功率平衡时要求主驱动与从驱动间具有差转的区；无法长期低速运行；后期维护费用较大。
　　3变频器软启动装置当输出的电压变频器为3kV-l3.8kV时称为高压变频器，在国外称为中压变频器，国内称为高压，高压主要是相对低压变频器而言的。国内常用的电压等级为3 000V，其分类方式有3种：按输出电压方式。高高型：直接输出高压，变频器输出没有升压变压器；高低高型：中间使用低压变频器，后面有升压变压器。
　　按中间环节类型。电压源：中间直流环节为电容；电流源：中间直流环节为电感。
　　按逆变器电路结构形式。三电平中心点钳位）；GTO/SGCT电流源型逆变器；功率单元电压串联结构。罗宾康高压变频器就是基于这种功率单元电压串联结构电路结构形式。
　　一般高压变频器拓扑结构都由三部分组成：整流电路将输入交流变为直流；中间为直流环节，它用于滤波和能量储存；逆变电路又把直流逆变为交流，并对输出的电压或电流和频率进行协调控制。变频器一般有5个独立的部件，即输入滤波器、功率因数补偿、隔孺变压器、变频装置和输出滤波器。由于罗宾康高压变频器有较好的输入/输出特性，因此其主要部分仅需隔孺变压器和变频器。
　　4罗宾康高压变频器结构原理和性能指标罗宾康6kV高压变频器拓扑结构原理见，它是基于功率单元电压串联结构，图中A，B，C即为功率单元，其原理见。变频器输入三相交流电压，可任选电压等级，星形或三角连接，输出6kV7.2kV，可直接接入三相感应电机。
　　4.1输入谐波和整流电路求电压总谐波不超过4%；对电流而言，在基准短路容量为100MVA的条件下，对每次谐波电流的幅值分提出了具体的要求，对6kV电网将各次谐波换算成百分比为4%左石。谐波超标会使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，并将导致继电保护和自动装置的误动作，影响各种电器设备的正常工作。按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论：整流电路脉冲数至少多于18脉冲含18脉冲）才能满足输入谐波的标准。
　　罗宾康高压变频器6kV输入整流电路为36脉冲二极管整流电路，由于这种多重化设计形成多脉冲整流，有效消除输入谐波，谐波量很少，输入谐波电流失真小于2%，输入谐波远远小于规定的标准，在不用滤波器情况下不会对电网产生影响。
　　4.2输入功率因数变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节电压源型或电流源型）有关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低。罗宾康高压变频器的输入功率因数大于0.95，可改善电网系统的质量，并提高电网输入侧的总功率因数。
　　4.3输出谐波和逆变电路变频器输出波形包括输出谐波、dv/dt、共模电压等指标，变频器输出波形与变频器逆变器的结构密切相关。罗宾康高压变频器采用功率单元电压串联多电平移相式PWM电压源型逆变器，对6kV输入逆变器采用13电平PWM电压源型，中功率单元的逆变功率器件采用IGBT，驱动简单，成熟可靠，驱动功率小，其他型号高压变频器逆变功率器件需要使用6500V高压IGCT或高压IGBT，驱动较复杂，驱动功率大，备件责且不易购买。
　　变频器输出波形中的谐波成分会引起电机的附加发热和转矩脉动，输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。罗宾康高压变频器输出的波形与正弦波非常相似，而且dv/dt幅值小，约为900V，不必设置输出滤波器，变频器能直接输出6 000VAC，可以使用原有的普通旧国产异步电机。在国内大部分应用中都是6kV旧国产电机，其中很多绝缘等级都是B级。
　　为确保罗宾康高压变频器工作可靠，还设置了冗余结构，具有功率单元旁路功能的选件，即使在一个功率单元故障的情况下，变频仍能满载运行，可靠性极高，包括输入变压器和变频器在内的系统满载时，其效率可达97%，噪声小于75dB.罗宾康高压变频器具有极其灵活的通信功能，除有标准的输入/输出信号接口外，还可通过RS485或标准的以太网端口，可以和个人PC连接，并对变频器进行设置和控制，它也支持多种通信协议，如PROFIBUSDP，DeviceNet，ModbusPlus等。
　　高压变频器的主要特点是：输入和输出谐波极少36脉冲整流、13电平逆变）；内部变压器为干式，绝缘等级为H级，可靠性高，维护简单；适应电网波动要求，电网电压可下降至55%，变频器仍能继续工作而不跳机；高压变频器几乎在整个速度段的输入功率因素大于0.95；高一高结构，直接输出6kV高压，给6kV电机供电；芫全可调节启动速率，软启动、软制动性能良好；节能效果明显，无运行功率损耗；可长时间低速运行，响应速度快，调速性能好。其缺点是无法实现多台电机的分时空载启动；受防爆外壳的限制，井下使用变频器的容量一般在400kW/1140V以下。
　　高压变频器采用先进的矢量控制技术构成高性能交流调速装置，经实践证明可以长期、可靠地应用于长距孺带式输送机等恒转矩负载，具有启动转矩大、过载能力丨虽等特点，可在轻载、重载等各种工况下可靠、有效地控制带式输送机柔性负载的软启动/软停车整个动态过程，并在全过程中实现各胶带机的驱动电机之间的功率平衡和速度同步，并提供可调验带速度，由此降低快速启动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击，避免洒料与叠带，有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机械设备造成的危害，延长输送机使用寿命，增加输送系统的安全性和可靠性。
　　（责任编辑：戚米莎）第一：薛海荣，女，1971年1月生，1993年毕业于大同煤炭工业学校机电专业，助理工程师，山西省同煤集团煤峪口矿，山西省大同