用电力拖动技术实现带式输送机的软起制动控制论文

　　摘要：在工程建设中，用电力拖动技术实现软起动，控制带式输送机的起、制动加速度，从而克服单台或多台电动机驱动时起、制动过程中存在的诸多问题，保证设备安全运行，延长使用寿命。
　　
　　关键词：电力拖动、软启动、带式输送机
　　
　　在港口、矿山、钢铁厂、电站的生产和大型工程的建设中，对长距离大运量带式输送机的需求迅速增长。这些带式输送机驱动功率大，甚至有的要用多台电动机驱动，在起、制动过程存在以下问题：
　　
　　(1)如果在起动过程中，使用不可控起动，驱动电机的起动电流很大，会对电网造成很大冲击，影响电网上其他设备的工作，同时又造成供电线路压降过大，使输送机重载起动困难。
　　(2)如果不对带式输送机的起动和制动过程加以控制，传动设备要承受强烈冲击，导致胶带张力过大，对输送带及其他部件危害极大，严重时会造成胶带拉断、机架损坏、张紧机构拉翻等事故。由于胶带各部分张力不均且急剧变化，还会使胶带震颤。
　　(3)在剧烈的起、制动过程中，胶带和滚筒之间严重打滑，会引起发热并加速胶带的磨损。
　　以上因素均会对价格昂贵且使用部位非常重要的输送机设备造成危害，缩短其使用寿命。
　　
　　解决上述问题的有效方法是采用软起动技术控制带式输送机的起、制动加速度，从而保证设备安全运行，延长使用期限。
　　
　　一实现软起动的方法论文
　　
　　(1) 液力偶合器
　　液力偶合器是利用液体传递力矩来改善传动品质和起动特性的装置。电动机带动偶合器的泵轮快速旋转时，通过中间液体介质的传递，使偶合器涡轮的转速上升，从而实现负载软起动。
　　
　　(2) 电磁离合器
　　电磁离合器是利用电磁感应原理，将机械能传递给负载。它所传递的力矩可以调节，因而用于带式输送机上可以获得平稳的起动性能。
　　由电动机带动电磁离合器的电枢转动，电枢切割与负载相联的感应子产生的磁场，在电枢中产生感应电动势及涡流。该涡流与感应子磁场的相互作用产生推力，使得感应子带动负载转动。平滑调节感应子的励磁电流，可以改变磁场的强弱，实现调速。
　　
　　(3) 粘滞离合器论文
　　如美国道奇公司的CST装置。带式输送机使用多台CST的时候，驱动电动机在启动胶带之前空载启动，当电动机达到额定的转速以后，通过控制系统增加离合器的压力并缓慢地让输送带张紧、启动、加速至全速。
　　
　　(4)电力拖动软起动控制技术
　　指电动机与减速机传动轴采用刚性联接，中间没有其他功率传递装置的驱动形式。用电动机和减速机组合的驱动单元驱动带式输送机是一种经济有效的驱动方式，具有以下优点：
　　(a)驱动单元占用空间小，容易布置；
　　(b)能量传递的环节少，因而驱动系统的效率高；
　　(c)能量传递的环节都是刚性的，可靠性高，适用范围广；
　　(d)维护工作量小。
　　
　　（5）用于长距离大运量带式输送机驱动的电力拖动系统应具有如下功能：
　　(a)无论输送机的负载轻重，都可以有效地控制输送机的起动过程，使之按照设计的加速曲线起动；
　　(b)可以控制输送机的制动速率；
　　(c)在多驱动单元驱动的输送机上，应具备功率平衡功能；
　　(d)用于向下运输、输送时，应具有相匹配的动能吸收势能，持续提供稳定的平衡转矩，使输送机可以稳速运行；
　　(e)在某些场合，应能检测电机转速。
　　
　　目前带式输送机的驱动主要有直流电动机和交流异步电动机两种。直流电动机具有调速特性好，输出转矩易于控制，速度调节平滑，过载能力强等优点，其缺点是结构复杂，造价高，由于有换向器装置，因而故障率明显高于交流异步电动机，相对而言维护工作量大。交流异步电动机具有结构简单，价格低廉，坚固耐用，工作效率高等优点。其缺点是调速特性差，输出转矩难于控制，如不采取措施，无法满足长距离大运量带式输送机对起动特性的要求。
　　
　　二用电力拖动技术控制带式输送机软起动的几种方案论文
　　
　　2.1变频调速
　　
　　由异步电动机的转速公式知，如果连续改变电机定子电源的频率f，就可以调节电动机的输出转速。在调速过程中为保证电动机的最大输出转矩不受损失，在改变电机电源频率的同时将电源电压U同步增减，使U/f为常数。
　　目前工业用变频器规格范围很宽，从几kW到几MW都有，多为低压电动机配套，近几年中、高压的大功率变频器产品也逐渐增多。现代变频器基本都采用矢量调速技术，使受控电机呈现优良的调速特性和满意的负载能力。变频器的加速曲线可以在很宽的范围内设定，能满足控制带式输送机加速度的要求。变频调速系统的机械特性很硬，基本与电机的固有特性相同。使用开环系统控制带式输送机的驱动可以满足技术要求。
　　当用多台变频调速电动机驱动1台带式输送机时，由于电机的机械特性较硬且为平行簇，机械特性的差异会导致各电机负载功率不均，严重时会出现某些电机作负功，而另一些电机过载的情况。通过变频器调整各电机的特性使之尽量接近，采用特性较软的电动机，或采用交流绕线式异步电动机，在转子接人常串电阻，人为降低电机特性的硬度等措施，都可以减小各电机间负载功率的差异。
　　
　　变频器需要配置容量适当的耗能装置或可以向电网反馈能量的装置，当带式输送机制动时，变频器就可以控制电动机的加速度。在向下运输带式输送机上，变频器应确保电机输出足够的制动转矩以平衡动力负载，使输送机稳速运行。如果在变频器的直流母线加装大容量储能装置，当输送机工作时如遇电网突发故障停电，变频器仍有能力控制输送机的制动速度。
　　
　　带式输送机的工作速度通常是恒定的，它不需要动态驱动，也不要求速度调节。所以,在同等功率条件下，使用变频调速系统控制带式输送机的软起动，投资花费要大得多。
　　
　　2.2 交流电机定子调压软起动论文
　　
　　交流异步电动机定子调压调速是一种改变电机转差率的调速方法。在电机的定子回路接人晶闸管三相全控桥，通过改变晶闸管的触发相角改变电动机定子电压基波的幅值，从而使电动机获得调速特性。
　　
　　由于带式输送机负载属于恒转矩负载，并且它的静阻力负载和惯性负载较大，因此必须使用具备脉冲突跳加速特性的软起动器，才能使输送机顺利起动。起动初始，在电机的定子短时施加大于90％额定值的突跳电压，电机会输出很大的起动转矩，有助于克服大的静阻力。在起动过程中，晶闸管的触发相角逐渐增加，软起动器的输出电压渐渐升高，电动机加速。输出电压达到额定值时，软起动器内部的主接触器投入，将三相全控桥旁路，电机获得额定电压，工作在额定的机械特性上。起动时间可以任意调节，最长可达999s。初始脉冲起动电压在20％～100％之间可调。起动电流可以限制为2～6倍的额定电流。
　　
　　软起动器对被控电机的制动过程也可以控制。制动时间可任意设定，设置了自由停车、线性斜波停车、动力能耗制动等多种制动方式。使用动力能耗制动控制大惯量的带式输送机的停机特别有效。软起动器还为被控电机设置了过载保护、过流保护、短路保护、缺相保护等。
　　
　　现代定子调压软起动器已经采用数字技术替代模拟控制技术，并加入了功率因数控制技术，发展成为智能化软起动器。软起动器配备了RS22／RS85通讯接口，可以与工作现场的控制系统连接，实现对软启动器的智能控制。
　　
　　软起动器的规格范围很宽，可以为几kW至几MW的电机配套。主要用于控制1000V以下的交流电动机。这些输送机都采用了定子调压软起动器控制驱动电机。在控制系统中，每个软起动器作为控制系统的子单元接在系统的通讯网络上。这样主控站可以在网络上向各带式输送机发布起停命令，并获知每条带式输送机的工作情况。
　　
　　2.3 控制交流绕线式异步电动机转子起动电阻的软起动方案
　　
　　随着物料输送距离的增长，带式输送机的功率越来越大，为之供电的线路也越来越长，供电线路上的损耗明显增加。为保证供电质量，需要提高线路的供电电压，如使用6kV或10kV的电源系统。在这种情况下，为简化或减少变配电环节的设备，采用高压电动机作为带式输送机的驱动电机是比较合理的方案。
　　
　　在6kV或10kV电源系统中使用大功率电子设备(如前面所述的变频器或定子调压软起动器)，承担带式输送机的软起动控制工作，设备投资将会很高。目前，一些大型带式输送机使用高压交流绕线式异步电动机作为驱动电机。这种电动机的转子侧电压一般在低压1kV以下。在交流绕线式电动机转子回路里控制电机速度的技术已经很成熟，控制设备比较简单。因此开发大功率交流绕线式电动机的软起动技术具有极其广泛的现实意义。交流绕线式异步电动机转子串电阻调速是一种变转差率的调速方法。这种电机的转子绕组是开放的，使用将电机内的转差功率交由外部装置泄放或消耗的方法，就可以改变电机的工作速度。
　　
　　为保证带式输送机平稳起动，希望绕线式电动机转子串接的起动电阻级数越多越好。但是电阻级数增多会使切换电阻的接触器数量增加。如果采用按二进制规则配置的起动电阻器，且按二进制原则进行切换的方案，与常规分级切换起动电阻的方法相比，在使用同样数量的切换接触器的条件下，可以获得更多的起动加速级(设使用起动切换的接触器数量为N，则二进制方案可以获得的起动加速级数量为Q=2N-1)。
　　
　　三电力拖动带式输送机软启动的系统功能论文
　　
　　如果由1台PLC对这条带式输送机的起动、制动及运行工作进行控制，那么这个系统具有如下功能：
　　
　　(1)PLC可以根据带式输送机每次停机时驱动电机的负载电流总和，计算出当时的实际负荷。再次起动时，PLC能够根据负荷大小，决定带式输送机起动时需要使用几台电动机，选择对这种负荷较合适的起动闭合表，即电动机起动加速级的组合，从而使驱动电机输出适当的转矩，保证输送机按照设计要求的加速度平稳起动。闭合表可以根据公式计算，也可以以表格的形式储存在PLC中。
　　
　　(2)采用电流原则—时间保护方式切换驱动电机的起动电阻，保证在各种负荷情况下都能可靠地起动。
　　
　　(3)对带式输送机的停机过程也可以进行控制，使得停机特性满足设计要求，减少停机过程中输送机受到的冲击。在上行带式输送机上可以设计电气逆止特性，防止输送机带载停机时反转溜车。在大惯量的水平带式输送机使用直流能耗制动技术，配合调整电机的转子电阻，控制带式输送机的制动特性。
　　
　　(4)实现完全软件化的拖动系统控制。采用PLC控制和二进制电阻设计，使得电动机起动过程的控制对负载变化具有一定的适应性。大量工作软件化可减少调试工作量，提高修改工作的灵活性，参数修改方便。
　　(5)在由多条带式输送机组成的输送系统中，将各带式输送机的PLC通过通讯网络相互联接，组成一个先进的控制系统。由通讯网络完成指令传送、数据交换、工作状态监控等任务。
　　
　　四具有速度闭环功能的起动电阻斩波调速方案
　　
　　在对带式输送机的研究过程中发现，对于带式输送机起动过程的控制，不但要控制它的起动加速度的数值，还要控制起动加速度的变化率。过去仅要求带式输送机以恒加速度完成起动过程即可，但是在起动的开始和结束阶段，加速度发生突变，这样会增加胶带动张力的幅值。为减小起动过程中胶带张力的波动。起动初始应使加速度由零逐渐增大，直至完成二分之一的加速过程，然后再使加速度逐渐减小至起动过程结束。加速度的变化曲线近似一个正弦波的半个周波，这样可以使起动过程平滑而无冲击。
　　
　　为了能够准确地按照设计的起动曲线控制带式输送机的起动过程，应采用具有速度闭环功能的调速系统控制输送机的驱动装置的速度。在驱动电机上安装1台检测电机转速的设备，它的输出信号送到调速系统。调速系统将电机在每一时刻的实际转速与速度给定值进行比较，如果两者有偏差，立即调整电机的输出转矩以使偏差减小直至消除。这样的调速系统具有优良的跟随特性，对负载变化也有很强的适应能力，无论起动时带式输送机上有多少物料，调速系统都可以按照预定的起动曲线和时间完成起动任务。
　　
　　
　　
　　参考文献
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