CST與變頻技術(shù)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用對比

摘要：隨著大型煤礦的陸續(xù)建設(shè)投產(chǎn)，對目前煤礦井下皮帶機(jī)的拖動技術(shù)要求也越來越高。隨著煤礦井下皮帶機(jī)運(yùn)輸距離和裝機(jī)功率越來越大，選用合適的皮帶機(jī)驅(qū)動方式能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。文章對比分析了現(xiàn)有可控傳輸系統(tǒng)和變頻技術(shù)，指出變頻技術(shù)在解決電機(jī)失控的問題、降低故障的發(fā)生率、延長皮帶機(jī)的壽命具有應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：CST；變頻技術(shù)；皮帶機(jī)；煤炭開采；井下作業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD528 文章編號：1009-2374（2016）09-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.016

1 概述

隨著我國皮帶輸送機(jī)技術(shù)與國外設(shè)備的接軌，對皮帶機(jī)的啟動方式越來越嚴(yán)格，皮帶輸送機(jī)軟啟動技術(shù)及設(shè)備的研究和應(yīng)用取得了快速進(jìn)展。采用合理的皮帶機(jī)啟動方案能延長皮帶機(jī)的使用壽命，同時(shí)還能夠提高輸送機(jī)的運(yùn)行效率，在皮帶機(jī)的軟啟動方案中，采用CST和變頻器作為軟啟動的設(shè)計(jì)方案比較多。本文對可控傳輸系統(tǒng)和變頻技術(shù)在皮帶機(jī)上的應(yīng)用做了性能對比。

2 皮帶機(jī)概述

皮帶機(jī)也稱為膠帶輸送機(jī)，是目前我國礦井內(nèi)的主要煤炭輸送設(shè)備，在我國有著廣泛的應(yīng)用。皮帶機(jī)按照運(yùn)輸能力可分為重型和輕型皮帶機(jī)兩種，按照其固定方式可分為固定式和移動兩種，皮帶機(jī)的控制方式上，有連續(xù)、間斷和變速輸送等多種控制方式。皮帶機(jī)在布置安裝的時(shí)候，目前有水平和傾斜兩種，在煤礦井下運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，皮帶機(jī)可采用凸弧段、凹弧段與直線段組合的輸送形式。

3 可控啟動傳輸裝置在皮帶機(jī)中的應(yīng)用

3.1 CST可控啟動傳輸裝置控制器

CST可控啟動傳輸控制裝置（CST）由多極齒輪減速機(jī)、離合器和液壓控制組成，所述CST輸出扭矩通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，目前，皮帶機(jī)的驅(qū)動方式中，多采用一臺電機(jī)匹配一個(gè)可控啟動傳輸控制裝置，有些皮帶機(jī)也可能會出現(xiàn)可控啟動傳輸控制裝置和多個(gè)電機(jī)進(jìn)行匹配。通過控制液壓的大小來控制離合器的變化。由于驅(qū)動器可以根據(jù)負(fù)載來選擇，而不必運(yùn)行開始根據(jù)選擇的負(fù)載，所以CST驅(qū)動系統(tǒng)可以選用功率較小的電機(jī)。

3.2 CST可控傳輸裝置功能的特點(diǎn)

（1）所述CST的啟動負(fù)荷錢，所述電機(jī)可空載啟動，此時(shí)CST的輸出軸不動，在驅(qū)動電機(jī)滿轉(zhuǎn)速的時(shí)候，所述CST輸出扭矩通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，每臺離合器上的液壓壓力變化，在這個(gè)時(shí)候，皮帶機(jī)啟動，可加速至滿速狀態(tài)；（2）所述皮帶機(jī)在加速至滿速度，能夠保持緩慢勻速的過程，不會產(chǎn)生急停等問題；（3）所述CST可控傳輸裝置的加速時(shí)間，能夠在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整，以適用不同的電機(jī)；（4）所述皮帶機(jī)在控制的時(shí)候，可一機(jī)一驅(qū)，也可以多機(jī)多驅(qū)，控制方式較為靈活；（5）所述CST可控傳輸裝置啟動時(shí)，可空載啟動，對驅(qū)動電機(jī)的沖擊力較小；（6）所述CST可控傳輸裝置啟動時(shí)，驅(qū)動負(fù)載進(jìn)行，因此可選擇功率較小的電機(jī)；（7）所述CST可控傳輸裝置停車控制，可以通過延長停車時(shí)間來降低對皮帶的動態(tài)沖擊力；（8）所述CST可控傳輸裝置多機(jī)多驅(qū)時(shí)，每臺驅(qū)動電機(jī)分擔(dān)的負(fù)載相同。

4 變頻調(diào)速系統(tǒng)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用

4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種集電機(jī)軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎控制裝置，在使用的時(shí)候，可以為電機(jī)提供變頻電源。現(xiàn)有的生產(chǎn)機(jī)械，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，都為動力驅(qū)動留有富余量來提高電機(jī)的可靠性。因此，電機(jī)在不能滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，雖然能夠達(dá)到動力驅(qū)動要求，但是多出的力矩會造成有功功率的損耗，進(jìn)而造成電能的浪費(fèi)。變頻調(diào)速系統(tǒng)利用其軟啟動功能，將使啟動電流從零開始，保證電流的最大值也不超過額定電流，能夠降低電機(jī)啟動的時(shí)候?qū)﹄娋W(wǎng)的沖擊，同時(shí)能夠節(jié)省電能以及設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，延長設(shè)備的使用壽命。

4.2 變頻器的功能特點(diǎn)

（1）變頻器可以用在所有帶電動機(jī)的機(jī)械設(shè)備中，電動機(jī)在啟動時(shí)，電流會比額定高5～6倍，不但會影響電機(jī)的使用壽命，而且消耗較多的電量；（2）具有過負(fù)載能力，能在150%額定輸出下維持1分鐘；（3）變頻器零速運(yùn)行時(shí)，變頻的啟動轉(zhuǎn)矩大于1.5倍額定轉(zhuǎn)矩；（4）在20%～100%的負(fù)載變化情況內(nèi)達(dá)到或超過0.95的功率因數(shù)；（5）內(nèi)置功率平衡調(diào)節(jié)，可與各類變送器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；（6）變頻器能夠有就地啟動和停止的控制方式，同時(shí)也能夠配合PLC等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

5 CST與變頻技術(shù)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用對比

5.1 CST可控傳輸裝置和變頻器的調(diào)速原理不同

CST可控傳輸裝置可通過改變油膜間距、控制液壓的大小來控制離合器的變化，繼而實(shí)現(xiàn)軟啟動。CST可控傳輸裝置不能實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，不是電機(jī)調(diào)速裝置。變頻器的調(diào)速原理是通過為電機(jī)提供變頻電源，減少多出的力矩的有功功率的損耗，進(jìn)而節(jié)約電能的浪費(fèi)，變頻器本質(zhì)上是通過改變電源的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，因此變頻器是調(diào)速器。因此，相比較而言，變頻器的調(diào)速應(yīng)用更為穩(wěn)定，調(diào)速效果更好。

5.2 CST可控傳輸裝置和變頻器的適用電機(jī)不同

CST可控傳輸裝置在使用皮帶機(jī)的時(shí)候，可一機(jī)一驅(qū)，也可以多機(jī)多驅(qū)，控制方式較為靈活。因此，其適用電機(jī)為異步鼠籠電機(jī)。變頻器由于其僅僅通過改變電源的輸出頻率進(jìn)行電機(jī)控制，因此其適用性較廣，異步鼠籠電機(jī)、同步機(jī)都能夠采用。因此，相比較而言，變頻器的應(yīng)用更為廣泛。

5.3 CST可控傳輸裝置和變頻器的最佳調(diào)速范圍不同

CST可控傳輸裝置的最佳調(diào)速范圍為30%～70%，而變頻器的最佳調(diào)速范圍為0%～100%，因此，變頻器的最佳調(diào)速范圍更快、適用性更好。

5.4 CST可控傳輸裝置和變頻器的啟動方式不同

CST可控傳輸裝置是通過改變油膜間距、控制液壓的大小來控制離合器的變化。能實(shí)現(xiàn)軟啟動，但是不能實(shí)現(xiàn)過程控制。而變頻器則能夠根據(jù)皮帶的負(fù)載情況，通過改變電源的輸出頻率進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)軟啟、軟停和過程控制，因此，變頻器的啟動方式能實(shí)現(xiàn)過程控制，啟動方式更好。

5.5 CST可控傳輸裝置和變頻器的控制方式不同

CST可控傳輸裝置能夠通過改變油膜間距來實(shí)現(xiàn)輸出力矩的調(diào)節(jié)，屬于開環(huán)控制，整個(gè)過程中，靠液壓進(jìn)行力矩的傳遞，中間環(huán)節(jié)較多。因此，其控制的精度較低，也影響控制效率，且在控制過程中，需進(jìn)行停車換油，因此會影響設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。而變頻器則可以通過電氣的參數(shù)和CPU的運(yùn)算進(jìn)行控制，結(jié)合控制軟件，能夠更好地實(shí)現(xiàn)對速度和轉(zhuǎn)矩精確、快速的控制，控制的精度高，控制效率也高。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)雙閉環(huán)控制；變頻器運(yùn)行速度相對比CST可控傳輸裝置，較快變頻器是ms級，CST為s級；變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)主從聯(lián)動，使多臺電機(jī)的功率平衡。因此，變頻器的控制方式更好、效率更高。

5.6 CST可控傳輸裝置和變頻器的停車方式不同

CST可控傳輸裝置，雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)軟停，但是其軟停不是實(shí)際意義上的軟停，下運(yùn)時(shí)重載停車須用CSB實(shí)現(xiàn)軟停，將能量消耗在油中。而變頻器車則有自由停車和變頻停車兩種，屬于真正意義上實(shí)現(xiàn)軟停車，不僅能解決下運(yùn)及緊急停車的問題，并將多余的能量回饋到電網(wǎng)。因此，變頻器的停車方式更好，能量消耗更低，屬于真正意義上的軟停，效率更高。

5.7 CST可控傳輸裝置和變頻器的傳動效率方式不同

CST可控傳輸裝置的傳動屬于機(jī)械傳動，在調(diào)速系統(tǒng)中增加了機(jī)械環(huán)節(jié)，所以，相比較變頻器，且傳動較低，在90%左右。而變頻器由于使用電傳動，中間環(huán)節(jié)少，故傳動效率可達(dá)95%以上，因此變頻器的傳動效率更高。

5.8 CST可控傳輸裝置和變頻器多臺電機(jī)空載運(yùn)行方式不同

CST可控傳輸裝置的多臺電機(jī)空載運(yùn)行的時(shí)候，CST的調(diào)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)，CST速度輸出是一個(gè)固定值，短時(shí)有點(diǎn)調(diào)節(jié)，但不節(jié)能，無意義。而變頻器在電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，能有效地調(diào)節(jié)運(yùn)行速度（可以低頻運(yùn)行），節(jié)能明顯。因此，采用變頻器效果更好。

5.9 CST可控傳輸裝置和變頻器的穩(wěn)定性不同

CST可控傳輸裝置靠機(jī)械連接在電機(jī)和皮帶之間，穩(wěn)定性較差，一旦CST故障，整個(gè)系統(tǒng)都要停止，沒有辦法跨過CST運(yùn)行，雖然整個(gè)過程不受電壓限制，無諧波，但機(jī)械噪聲大，對工人影響較大。由于CST可控傳輸裝置較為復(fù)雜，因此，其故障率較高、穩(wěn)定性較低。而變頻器基本無故障，變頻器通過電氣回路連接，在緊急情況下可以通過旁路應(yīng)急，保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。因此，采用變頻器穩(wěn)定性更好。

5.10 CST可控傳輸裝置和變頻器的節(jié)能不同

CST可控傳輸裝置，較為耗能，因此節(jié)能效果較差，而變頻器能在任意頻率下，只要電機(jī)轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，就能將多余的能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)能效果明顯，達(dá)30%以上，因此采用變頻器更為節(jié)能。

5.11 CST可控傳輸裝置和變頻器的工程施工量不同

CST可控傳輸裝置，由于CST由機(jī)械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)四個(gè)部分組成，除電氣外，其他幾個(gè)部分龐大，故工程量較大，占地也大。而變頻器因能源單一，且模塊化柜體設(shè)計(jì)，故工程施工量較小。因此，采用變頻器成本較低。

6 結(jié)語

皮帶機(jī)上采用CST與變頻技術(shù)，經(jīng)過綜合對比，可以看出，性能較好的是變頻技術(shù)。在啟動方式、傳動效率、停車、穩(wěn)定性方面均具有突出的優(yōu)勢，變頻器能夠更好地解決電機(jī)失控的問題，降低故障的發(fā)生率，延長皮帶機(jī)的壽命，且節(jié)能效果更好。因此，筆者認(rèn)為，皮帶機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)有的信息化技術(shù)和自動化技術(shù)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的低能耗運(yùn)行，隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，也將越來越多地替代現(xiàn)在的CST可控啟動傳輸裝置。變頻調(diào)速技術(shù)在皮帶機(jī)上具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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作者簡介：趙俊陽（1974-），男，黑龍江克東人，中煤第五建設(shè)有限公司第三工程處高級工程師，在職碩士，研究方向：礦用機(jī)械設(shè)備自動控制。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）