摘要：在工程建設中，用電力拖動技術實現(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動時起、制動過程中存在的諸多問題，保證設備安全運行，延長使用壽命。
　　
　　關鍵詞：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。這些帶式輸送機驅動功率大，甚至有的要用多臺電動機驅動，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，傳動設備要承受強烈沖擊，導致膠帶張力過大，對輸送帶及其他部件危害極大，嚴重時會造成膠帶拉斷、機架損壞、張緊機構拉翻等事故。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控制帶式輸送機的起、制動加速度，從而保證設備安全運行，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時，通過中間液體介質(zhì)的傳遞，使偶合器渦輪的轉速上升，從而實現(xiàn)負載軟起動。
　　
　　(2) 電磁離合器
　　電磁離合器是利用電磁感應原理，將機械能傳遞給負載。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動，電樞切割與負載相聯(lián)的感應子產(chǎn)生的磁場，在電樞中產(chǎn)生感應電動勢及渦流。該渦流與感應子磁場的相互作用產(chǎn)生推力，使得感應子帶動負載轉動。平滑調(diào)節(jié)感應子的勵磁電流，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，驅動電動機在啟動膠帶之前空載啟動，當電動機達到額定的轉速以后，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
　　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動形式。用電動機和減速機組合的驅動單元驅動帶式輸送機是一種經(jīng)濟有效的驅動方式，具有以下優(yōu)點：
　　(a)驅動單元占用空間小，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動的電力拖動系統(tǒng)應具有如下功能：
　　(a)無論輸送機的負載輕重，都可以有效地控制輸送機的起動過程，使之按照設計的加速曲線起動；
　　(b)可以控制輸送機的制動速率；
　　(c)在多驅動單元驅動的輸送機上，應具備功率平衡功能；
　　(d)用于向下運輸、輸送時，應具有相匹配的動能吸收勢能，持續(xù)提供穩(wěn)定的平衡轉矩，使輸送機可以穩(wěn)速運行；
　　(e)在某些場合，應能檢測電機轉速。
　　
　　目前帶式輸送機的驅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，其缺點是結構復雜，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構簡單，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)電動機的輸出轉速。在調(diào)速過程中為保證電動機的最大輸出轉矩不受損失，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�，F(xiàn)代變頻器基本都采用矢量調(diào)速技術，使受控電機呈現(xiàn)優(yōu)良的調(diào)速特性和滿意的負載能力。變頻器的加速曲線可以在很寬的范圍內(nèi)設定，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動可以滿足技術要求。
　　當用多臺變頻調(diào)速電動機驅動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致各電機負載功率不均，嚴重時會出現(xiàn)某些電機作負功，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載功率的差異。
　　
　　變頻器需要配置容量適當?shù)暮哪苎b置或可以向電網(wǎng)反饋能量的裝置，當帶式輸送機制動時，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，變頻器應確保電機輸出足夠的制動轉矩以平衡動力負載，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。
　　
　　由于帶式輸送機負載屬于恒轉矩負載，并且它的靜阻力負載和慣性負載較大，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。制動時間可任意設定，設置了自由停車、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)字技術替代模擬控制技術，并加入了功率因數(shù)控制技術，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)絡上。這樣主控站可以在網(wǎng)絡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)的設備，采用高壓電動機作為帶式輸送機的驅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備(如前面所述的變頻器或定子調(diào)壓軟起動器)，承擔帶式輸送機的軟起動控制工作，設備投資將會很高。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動電機。這種電動機的轉子側電壓一般在低壓1kV以下。在交流繞線式電動機轉子回路里控制電機速度的技術已經(jīng)很成熟，控制設備比較簡單。因此開發(fā)大功率交流繞線式電動機的軟起動技術具有極其廣泛的現(xiàn)實意義。交流繞線式異步電動機轉子串電阻調(diào)速是一種變轉差率的調(diào)速方法。這種電機的轉子繞組是開放的，使用將電機內(nèi)的轉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。如果采用按二進制規(guī)則配置的起動電阻器，且按二進制原則進行切換的方案，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(設使用起動切換的接觸器數(shù)量為N，則二進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動電機的負載電流總和，計算出當時的實際負荷。再次起動時，PLC能夠根據(jù)負荷大小，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，從而使驅動電機輸出適當?shù)霓D矩，保證輸送機按照設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動電機的起動電阻，保證在各種負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行控制，使得停機特性滿足設計要求，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計電氣逆止特性，防止輸送機帶載停機時反轉溜車。在大慣量的水平帶式輸送機使用直流能耗制動技術，配合調(diào)整電機的轉子電阻，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控制和二進制電阻設計，使得電動機起動過程的控制對負載變化具有一定的適應性。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)絡相互聯(lián)接，組成一個先進的控制系統(tǒng)。由通訊網(wǎng)絡完成指令傳送、數(shù)據(jù)交換、工作狀態(tài)監(jiān)控等任務。
　　
　　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。
　　
　　為了能夠準確地按照設計的起動曲線控制帶式輸送機的起動過程，應采用具有速度閉環(huán)功能的調(diào)速系統(tǒng)控制輸送機的驅動裝置的速度。在驅動電機上安裝1臺檢測電機轉速的設備，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速與速度給定值進行比較，如果兩者有偏差，立即調(diào)整電機的輸出轉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，對負載變化也有很強的適應能力，無論起動時帶式輸送機上有多少物料，調(diào)速系統(tǒng)都可以按照預定的起動曲線和時間完成起動任務。
　　
　　
　　
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