摘要：在工程建設(shè)中，用電力拖動技術(shù)實現(xiàn)軟起動，控制帶式輸送機的起、制動加速度，從而克服單臺或多臺電動機驅(qū)動時起、制動過程中存在的諸多問題，保證設(shè)備安全運行，延長使用壽命。
　　
　　關(guān)鍵詞：電力拖動、軟啟動、帶式輸送機
　　
　　在港口、礦山、鋼鐵廠、電站的生產(chǎn)和大型工程的建設(shè)中，對長距離大運量帶式輸送機的需求迅速增長。這些帶式輸送機驅(qū)動功率大，甚至有的要用多臺電動機驅(qū)動，在起、制動過程存在以下問題：
　　
　　(1)如果在起動過程中，使用不可控起動，驅(qū)動電機的起動電流很大，會對電網(wǎng)造成很大沖擊，影響電網(wǎng)上其他設(shè)備的工作，同時又造成供電線路壓降過大，使輸送機重載起動困難。
　　(2)如果不對帶式輸送機的起動和制動過程加以控制，傳動設(shè)備要承受強烈沖擊，導(dǎo)致膠帶張力過大，對輸送帶及其他部件危害極大，嚴(yán)重時會造成膠帶拉斷、機架損壞、張緊機構(gòu)拉翻等事故。由于膠帶各部分張力不均且急劇變化，還會使膠帶震顫。
　　(3)在劇烈的起、制動過程中，膠帶和滾筒之間嚴(yán)重打滑，會引起發(fā)熱并加速膠帶的磨損。
　　以上因素均會對價格昂貴且使用部位非常重要的輸送機設(shè)備造成危害，縮短其使用壽命。
　　
　　解決上述問題的有效方法是采用軟起動技術(shù)控制帶式輸送機的起、制動加速度，從而保證設(shè)備安全運行，延長使用期限。
　　
　　一實現(xiàn)軟起動的方法論文
　　
　　(1) 液力偶合器
　　液力偶合器是利用液體傳遞力矩來改善傳動品質(zhì)和起動特性的裝置。電動機帶動偶合器的泵輪快速旋轉(zhuǎn)時，通過中間液體介質(zhì)的傳遞，使偶合器渦輪的轉(zhuǎn)速上升，從而實現(xiàn)負(fù)載軟起動。
　　
　　(2) 電磁離合器
　　電磁離合器是利用電磁感應(yīng)原理，將機械能傳遞給負(fù)載。它所傳遞的力矩可以調(diào)節(jié)，因而用于帶式輸送機上可以獲得平穩(wěn)的起動性能。
　　由電動機帶動電磁離合器的電樞轉(zhuǎn)動，電樞切割與負(fù)載相聯(lián)的感應(yīng)子產(chǎn)生的磁場，在電樞中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及渦流。該渦流與感應(yīng)子磁場的相互作用產(chǎn)生推力，使得感應(yīng)子帶動負(fù)載轉(zhuǎn)動。平滑調(diào)節(jié)感應(yīng)子的勵磁電流，可以改變磁場的強弱，實現(xiàn)調(diào)速。
　　
　　(3) 粘滯離合器論文
　　如美國道奇公司的CST裝置。帶式輸送機使用多臺CST的時候，驅(qū)動電動機在啟動膠帶之前空載啟動，當(dāng)電動機達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速以后，通過控制系統(tǒng)增加離合器的壓力并緩慢地讓輸送帶張緊、啟動、加速至全速。
　　
　　(4)電力拖動軟起動控制技術(shù)
　　指電動機與減速機傳動軸采用剛性聯(lián)接，中間沒有其他功率傳遞裝置的驅(qū)動形式。用電動機和減速機組合的驅(qū)動單元驅(qū)動帶式輸送機是一種經(jīng)濟有效的驅(qū)動方式，具有以下優(yōu)點：
　　(a)驅(qū)動單元占用空間小，容易布置；
　　(b)能量傳遞的環(huán)節(jié)少，因而驅(qū)動系統(tǒng)的效率高；
　　(c)能量傳遞的環(huán)節(jié)都是剛性的，可靠性高，適用范圍廣；
　　(d)維護工作量小。
　　
　　（5）用于長距離大運量帶式輸送機驅(qū)動的電力拖動系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：
　　(a)無論輸送機的負(fù)載輕重，都可以有效地控制輸送機的起動過程，使之按照設(shè)計的加速曲線起動；
　　(b)可以控制輸送機的制動速率；
　　(c)在多驅(qū)動單元驅(qū)動的輸送機上，應(yīng)具備功率平衡功能；
　　(d)用于向下運輸、輸送時，應(yīng)具有相匹配的動能吸收勢能，持續(xù)提供穩(wěn)定的平衡轉(zhuǎn)矩，使輸送機可以穩(wěn)速運行；
　　(e)在某些場合，應(yīng)能檢測電機轉(zhuǎn)速。
　　
　　目前帶式輸送機的驅(qū)動主要有直流電動機和交流異步電動機兩種。直流電動機具有調(diào)速特性好，輸出轉(zhuǎn)矩易于控制，速度調(diào)節(jié)平滑，過載能力強等優(yōu)點，其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，由于有換向器裝置，因而故障率明顯高于交流異步電動機，相對而言維護工作量大。交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，堅固耐用，工作效率高等優(yōu)點。其缺點是調(diào)速特性差，輸出轉(zhuǎn)矩難于控制，如不采取措施，無法滿足長距離大運量帶式輸送機對起動特性的要求。
　　
　　二用電力拖動技術(shù)控制帶式輸送機軟起動的幾種方案論文
　　
　　2.1變頻調(diào)速
　　
　　由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式知，如果連續(xù)改變電機定子電源的頻率f，就可以調(diào)節(jié)電動機的輸出轉(zhuǎn)速。在調(diào)速過程中為保證電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩不受損失，在改變電機電源頻率的同時將電源電壓U同步增減，使U/f為常數(shù)。
　　目前工業(yè)用變頻器規(guī)格范圍很寬，從幾kW到幾MW都有，多為低壓電動機配套，近幾年中、高壓的大功率變頻器產(chǎn)品也逐漸增多。現(xiàn)代變頻器基本都采用矢量調(diào)速技術(shù)，使受控電機呈現(xiàn)優(yōu)良的調(diào)速特性和滿意的負(fù)載能力。變頻器的加速曲線可以在很寬的范圍內(nèi)設(shè)定，能滿足控制帶式輸送機加速度的要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)的機械特性很硬，基本與電機的固有特性相同。使用開環(huán)系統(tǒng)控制帶式輸送機的驅(qū)動可以滿足技術(shù)要求。
　　當(dāng)用多臺變頻調(diào)速電動機驅(qū)動1臺帶式輸送機時，由于電機的機械特性較硬且為平行簇，機械特性的差異會導(dǎo)致各電機負(fù)載功率不均，嚴(yán)重時會出現(xiàn)某些電機作負(fù)功，而另一些電機過載的情況。通過變頻器調(diào)整各電機的特性使之盡量接近，采用特性較軟的電動機，或采用交流繞線式異步電動機，在轉(zhuǎn)子接人常串電阻，人為降低電機特性的硬度等措施，都可以減小各電機間負(fù)載功率的差異。
　　
　　變頻器需要配置容量適當(dāng)?shù)暮哪苎b置或可以向電網(wǎng)反饋能量的裝置，當(dāng)帶式輸送機制動時，變頻器就可以控制電動機的加速度。在向下運輸帶式輸送機上，變頻器應(yīng)確保電機輸出足夠的制動轉(zhuǎn)矩以平衡動力負(fù)載，使輸送機穩(wěn)速運行。如果在變頻器的直流母線加裝大容量儲能裝置，當(dāng)輸送機工作時如遇電網(wǎng)突發(fā)故障停電，變頻器仍有能力控制輸送機的制動速度。
　　
　　帶式輸送機的工作速度通常是恒定的，它不需要動態(tài)驅(qū)動，也不要求速度調(diào)節(jié)。所以,在同等功率條件下，使用變頻調(diào)速系統(tǒng)控制帶式輸送機的軟起動，投資花費要大得多。
　　
　　2.2 交流電機定子調(diào)壓軟起動論文
　　
　　交流異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速是一種改變電機轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法。在電機的定子回路接人晶閘管三相全控橋，通過改變晶閘管的觸發(fā)相角改變電動機定子電壓基波的幅值，從而使電動機獲得調(diào)速特性。
　　
　　由于帶式輸送機負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，并且它的靜阻力負(fù)載和慣性負(fù)載較大，因此必須使用具備脈沖突跳加速特性的軟起動器，才能使輸送機順利起動。起動初始，在電機的定子短時施加大于90％額定值的突跳電壓，電機會輸出很大的起動轉(zhuǎn)矩，有助于克服大的靜阻力。在起動過程中，晶閘管的觸發(fā)相角逐漸增加，軟起動器的輸出電壓漸漸升高，電動機加速。輸出電壓達(dá)到額定值時，軟起動器內(nèi)部的主接觸器投入，將三相全控橋旁路，電機獲得額定電壓，工作在額定的機械特性上。起動時間可以任意調(diào)節(jié)，最長可達(dá)999s。初始脈沖起動電壓在20％～100％之間可調(diào)。起動電流可以限制為2～6倍的額定電流。
　　
　　軟起動器對被控電機的制動過程也可以控制。制動時間可任意設(shè)定，設(shè)置了自由停車、線性斜波停車、動力能耗制動等多種制動方式。使用動力能耗制動控制大慣量的帶式輸送機的停機特別有效。軟起動器還為被控電機設(shè)置了過載保護、過流保護、短路保護、缺相保護等。
　　
　　現(xiàn)代定子調(diào)壓軟起動器已經(jīng)采用數(shù)字技術(shù)替代模擬控制技術(shù)，并加入了功率因數(shù)控制技術(shù)，發(fā)展成為智能化軟起動器。軟起動器配備了RS22／RS85通訊接口，可以與工作現(xiàn)場的控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)對軟啟動器的智能控制。
　　
　　軟起動器的規(guī)格范圍很寬，可以為幾kW至幾MW的電機配套。主要用于控制1000V以下的交流電動機。這些輸送機都采用了定子調(diào)壓軟起動器控制驅(qū)動電機。在控制系統(tǒng)中，每個軟起動器作為控制系統(tǒng)的子單元接在系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)上。這樣主控站可以在網(wǎng)絡(luò)上向各帶式輸送機發(fā)布起停命令，并獲知每條帶式輸送機的工作情況。
　　
　　2.3 控制交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子起動電阻的軟起動方案
　　
　　隨著物料輸送距離的增長，帶式輸送機的功率越來越大，為之供電的線路也越來越長，供電線路上的損耗明顯增加。為保證供電質(zhì)量，需要提高線路的供電電壓，如使用6kV或10kV的電源系統(tǒng)。在這種情況下，為簡化或減少變配電環(huán)節(jié)的設(shè)備，采用高壓電動機作為帶式輸送機的驅(qū)動電機是比較合理的方案。
　　
　　在6kV或10kV電源系統(tǒng)中使用大功率電子設(shè)備(如前面所述的變頻器或定子調(diào)壓軟起動器)，承擔(dān)帶式輸送機的軟起動控制工作，設(shè)備投資將會很高。目前，一些大型帶式輸送機使用高壓交流繞線式異步電動機作為驅(qū)動電機。這種電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)電壓一般在低壓1kV以下。在交流繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路里控制電機速度的技術(shù)已經(jīng)很成熟，控制設(shè)備比較簡單。因此開發(fā)大功率交流繞線式電動機的軟起動技術(shù)具有極其廣泛的現(xiàn)實意義。交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是一種變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法。這種電機的轉(zhuǎn)子繞組是開放的，使用將電機內(nèi)的轉(zhuǎn)差功率交由外部裝置泄放或消耗的方法，就可以改變電機的工作速度。
　　
　　為保證帶式輸送機平穩(wěn)起動，希望繞線式電動機轉(zhuǎn)子串接的起動電阻級數(shù)越多越好。但是電阻級數(shù)增多會使切換電阻的接觸器數(shù)量增加。如果采用按二進(jìn)制規(guī)則配置的起動電阻器，且按二進(jìn)制原則進(jìn)行切換的方案，與常規(guī)分級切換起動電阻的方法相比，在使用同樣數(shù)量的切換接觸器的條件下，可以獲得更多的起動加速級(設(shè)使用起動切換的接觸器數(shù)量為N，則二進(jìn)制方案可以獲得的起動加速級數(shù)量為Q=2N-1)。
　　
　　三電力拖動帶式輸送機軟啟動的系統(tǒng)功能論文
　　
　　如果由1臺PLC對這條帶式輸送機的起動、制動及運行工作進(jìn)行控制，那么這個系統(tǒng)具有如下功能：
　　
　　(1)PLC可以根據(jù)帶式輸送機每次停機時驅(qū)動電機的負(fù)載電流總和，計算出當(dāng)時的實際負(fù)荷。再次起動時，PLC能夠根據(jù)負(fù)荷大小，決定帶式輸送機起動時需要使用幾臺電動機，選擇對這種負(fù)荷較合適的起動閉合表，即電動機起動加速級的組合，從而使驅(qū)動電機輸出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩，保證輸送機按照設(shè)計要求的加速度平穩(wěn)起動。閉合表可以根據(jù)公式計算，也可以以表格的形式儲存在PLC中。
　　
　　(2)采用電流原則—時間保護方式切換驅(qū)動電機的起動電阻，保證在各種負(fù)荷情況下都能可靠地起動。
　　
　　(3)對帶式輸送機的停機過程也可以進(jìn)行控制，使得停機特性滿足設(shè)計要求，減少停機過程中輸送機受到的沖擊。在上行帶式輸送機上可以設(shè)計電氣逆止特性，防止輸送機帶載停機時反轉(zhuǎn)溜車。在大慣量的水平帶式輸送機使用直流能耗制動技術(shù)，配合調(diào)整電機的轉(zhuǎn)子電阻，控制帶式輸送機的制動特性。
　　
　　(4)實現(xiàn)完全軟件化的拖動系統(tǒng)控制。采用PLC控制和二進(jìn)制電阻設(shè)計，使得電動機起動過程的控制對負(fù)載變化具有一定的適應(yīng)性。大量工作軟件化可減少調(diào)試工作量，提高修改工作的靈活性，參數(shù)修改方便。
　　(5)在由多條帶式輸送機組成的輸送系統(tǒng)中，將各帶式輸送機的PLC通過通訊網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接，組成一個先進(jìn)的控制系統(tǒng)。由通訊網(wǎng)絡(luò)完成指令傳送、數(shù)據(jù)交換、工作狀態(tài)監(jiān)控等任務(wù)。
　　
　　四具有速度閉環(huán)功能的起動電阻斬波調(diào)速方案
　　
　　在對帶式輸送機的研究過程中發(fā)現(xiàn)，對于帶式輸送機起動過程的控制，不但要控制它的起動加速度的數(shù)值，還要控制起動加速度的變化率。過去僅要求帶式輸送機以恒加速度完成起動過程即可，但是在起動的開始和結(jié)束階段，加速度發(fā)生突變，這樣會增加膠帶動張力的幅值。為減小起動過程中膠帶張力的波動。起動初始應(yīng)使加速度由零逐漸增大，直至完成二分之一的加速過程，然后再使加速度逐漸減小至起動過程結(jié)束。加速度的變化曲線近似一個正弦波的半個周波，這樣可以使起動過程平滑而無沖擊。
　　
　　為了能夠準(zhǔn)確地按照設(shè)計的起動曲線控制帶式輸送機的起動過程，應(yīng)采用具有速度閉環(huán)功能的調(diào)速系統(tǒng)控制輸送機的驅(qū)動裝置的速度。在驅(qū)動電機上安裝1臺檢測電機轉(zhuǎn)速的設(shè)備，它的輸出信號送到調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)將電機在每一時刻的實際轉(zhuǎn)速與速度給定值進(jìn)行比較，如果兩者有偏差，立即調(diào)整電機的輸出轉(zhuǎn)矩以使偏差減小直至消除。這樣的調(diào)速系統(tǒng)具有優(yōu)良的跟隨特性，對負(fù)載變化也有很強的適應(yīng)能力，無論起動時帶式輸送機上有多少物料，調(diào)速系統(tǒng)都可以按照預(yù)定的起動曲線和時間完成起動任務(wù)。
　　
　　
　　
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