关于铰刀输送机软起动装置在煤矿中的应用比较.pdf

科技情报开发与经济S C I - T E C HI N F O R M A T I O ND E V E L O P M E N T p i n n a t e h o r i z o n t a l d r a i n h o l e ; p e r m e a b i l i t y 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离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,C S T, 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 1 0 5 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, 特别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。 2 C S T可控启动传输装置 可控启动传输装置 C S T 是一个由多极齿轮减速器加上湿式离合器 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 或金属矿石的长距离皮带运输机 而设计的。C S T的输出扭矩是由液压 控制系统控制的, 它随着离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C S T驱动, 也可以由多台电机及多台C S T驱动。 驱动电机在负载 皮带机 启动之前启动, 此时C S T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C S T离合器上的液压 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 度之前有一个缓慢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C S T驱动系统可以选用功率较小的电机。 同样C S T 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C S T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C S T离合器 的压力、 并允许一台或几台C S T的离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C S T的功率平衡要求, 每台C S T的离合器或 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离合器打滑, 这种情况被称为 “软锁 定” 。当离合器被软锁定时, 任何的瞬间过载或冲击载荷都将引起离合器 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。 C S T的优点是完全可调节启动速率, 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; 启动完成后, 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。C S T 的缺点是因C S T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;C S T在功率平衡时要求主驱动与从驱动间具有差转的 区别; 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3 k V ～ 1 3 . 8 k V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 3 0 0 V,4 1 6 0 V,6 0 0 0 V, 其分类方式有3种 1 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。 2 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。 3 按逆变器电路结构形式。三电平 中心点钳位 ;G T O / S G C T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 文章编号 1 0 0 5 - 6 0 3 32 0 0 81 3 - 0 2 2 3 - 0 2收稿日期 2 0 0 8 - 0 3 - 1 9 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,0 3 7 0 0 4 摘要 介绍了几种常用的软启动装置可调速液力耦合器、C S T、 变频器软启动装 置和罗宾康高压变频器, 并进行了性能比较。 关键词 皮带输送机; 软启动装置;C S T; 罗宾康高压变频器 中图分类号T D 5 2 8 . 1文献标识码A 2 2 3 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、 隔离变压器、 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 要部分仅需隔离变压器和变频器。 4罗宾康高压变频器结构原理和性能指标 罗宾康6 k V高压变频器拓扑结构原理见图1, 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, 其原理见图2。 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6 k V ～ 7 . 2 k V, 可直接 接入三相感应电机。 4 . 1输入谐波和整流电路 根据G B / T1 4 5 4 99 3国家标准, 对电压而言,6 k V和1 0 k V电网要 求电压总谐波不超过4 ; 对电流而言, 在基准短路容量为1 0 0 M V A的 条件下, 对每次谐波电流的幅值分别提出了具体的要求, 对6 k V电网将 各次谐波换算成百分比为4 左右。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1 8脉冲 含1 8脉冲 才能满足输入谐 波的标准。 罗宾康高压变频器6 k V输入整流电路为3 6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 . 9 5, 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、d v / d t、 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P WM电压源型逆变器, 对6 k V输入逆变器采用 1 3电平P WM电压源型, 图2中功率单元的逆变功率器件采用I G B T, 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6 5 0 0 V高压I G C T或高压I G B T, 驱动较复杂, 驱动功率大, 备件贵 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d v / d t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d v / d t幅值小, 约为9 0 0 V, 不必设置输出滤波器, 变频器能直接输出6 0 0 0 V A C, 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6 k V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9 7 , 噪声小于7 5 d B。 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R S 4 8 5或标准的以太网端口, 可以和个人P C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P R O F I B U S D P,D e v i c e N e t,M o d b u s P l u s等。 高压变频器的主要特点是输入和输出谐波极少 3 6脉冲整流、1 3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5 5 , 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 . 9 5;高高结构, 直 接输出6 k V高压, 给6 k V电机供电; 完全可调节启动速率, 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4 0 0 k W/ 1 1 4 0 V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、 可靠地应用于长距离带式输送机等恒转矩负载, 具有 启动转矩大、 过载能力强等特点, 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 ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 第一作者简介 薛海荣, 女,1 9 7 1年1月生,1 9 9 3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 市,0 3 7 0 0 4 . C o mp a r i s o n o f t h e A p p l i c a t i o n o f S o f t - s t a r t D e v i c e o f B e l t C o n v e y e r i n C o a l Mi n e X U EH a i - r o n g A B S T R A C T T h i s p a p e r i n t r o d u c e s s e v e r a l c o m m o n s o f t - s t a r t d e v i c e s s u c h a s a d j u s t a b l e s p e e d h y d r a u l i c c o u p l i n g , C S T , s o f t - s t a r t d e v i c e o f f r e q u e n c y c o n v e r t e r a n d R u b i c o n h i g h - v o l t a g e f r e q u e n c y c o n v e r t e r , a n d c o m p a r e s t h e i r p e r f o r m a n c e s . K E YWO R D S b e l t c o n v e y e r ; s o f t - s t a r t d e v i c e ; C S T ; R u b i c o n h i g h - v o l t a g e f r e q u e n c y c o n v e r t e r 薛海荣关于胶带输送机软启动装置在煤矿中的应用比较本刊E - m a i l b j b m a i l . s x i n f o . n e t实践与创新 2 2 4