皮带机软启动装置

皮带机的软启动装置皮带机的软启动装置软启动技术是解决带式输送机大功率驱动系统所遇问题的核心技术。

早在六十年代国外就已广泛使用，直到八十年代末国内才开始使用。

综合国内外现有的带式输送机软起动系统，目前主要有以下几种形式：液力偶合器、调速型液力偶合器、液体粘性软起动(如美国生产的CST 系统)、德国生产的可控硅电机等。

目前带式输送机软起动主要的研究方向分两个方面：一方面是随着大功率半导体器件、大规模集成电路以及电子技术、控制技术的发展而开发出高性能、高可靠性的电气调速系统，主要有交流调压、可控硅直流调速、变频调速等；另一方面则主要是从传动装置出发，开发一系列的能空载起动、速度可调的软起动装置，主要有调速液力偶合器、液体粘性软起动装置(如CST系统)等。

这三种方式都是通过异步电机+减速器来实现整机的低速启动及运转。

（1）调速型液力偶合器驱动系统调速型液力偶合器主要由偶合器、电动执行器、稀油润滑装置与油箱等组成。

其工作原理是利用液态传动介质来传递动力，通过调节偶合器工作腔内充液量的多少，来控制偶合器输出轴的转速，达到输送机的可控软启动。

先由电动机带动偶合器的泵轮空运转，然后向偶合器工作腔内注入液态传动介质液。

当导流管处于最里边位置时，进入工作腔中的传动介质液全部由导流管流回油箱，此时涡轮与输出轴不转动。

当电动执行器带动导流管缓慢向外移动时，进入导流管流回油箱的传动介质液逐渐减少，而进入工作腔中的传动介质液逐渐增多。

在高速旋转的泵轮叶片带动下，传动介质液形成高压高速液流，冲向涡轮叶片，使涡轮与输出轴逐渐转动起来。

随着工作腔内传动介质液的不断增多，涡轮与输出轴的转速也就逐渐增加，直至达到额定转速。

只要控制导流管向外移动速度，就可使带式输送机按照设定速度曲线平稳启动。

采用调速型液力偶合器驱动控制方法的优点:1)实现电动机空载启动，能利用其尖峰力矩作为启动力矩，提高其启动能力，缩短了电动机启动时间，使皮带滞后于电动机缓慢启动;2)功率平衡达士5%，启动加速度0.1-0.3m/s2;3)隔离扭矩，减缓冲击，防止动力过载，保护电动机及带式输送机主要部件，不会因过载而损坏。

能实现多机顺序启动，减少对外界电网的冲击;4)结构简单可靠，无机械磨损，能在环境恶劣条件下工作，无需特殊保护，使用寿命长，运营费用低，易于实现输送机的自动控制。

然而，由于调速型液力偶合器为工业通用性产品，不是使用在带式输送机上的专用产品，对大功率长距离带式输送机采用调速型液力偶合器驱动的控制没有达到较为满意的性能指标及精度要求，在大功率长距离带式输送机上应用还不多。

（2）CST可控启动传输系统CST可控驱动系统是美国道奇·兰斯电气公司开发生产的一种专用于大型、重载带式输送机的驱动系统，是带有电--液反馈控制及齿轮减速器，在低速轴端装有线性、湿式离合器的机电一体化的高技术驱动系统。

典型的CST系统由以下部分组成：机械传动系统；电-液控制系统；风冷热交换器；油泵系统；冷却控制系统。

其工作原理是：根据实际情况，可通过控制器设置所需要的加速度曲线和启动时间。

在收到启动信号后，电动机空载启动，达到额定速度后，液压系统开始增加离合器反应盘系统的压力。

当反应盘相互作用时，其输出力矩将与液压系统的压力成正比。

设在输出轴上的速度传感器，检测出转速并反馈给控制系统，该速度信号将与控制系统设定的加速度趋向比较，其差值将用于调整反应盘压力，从而确保稳定的加速度斜率。

反之，当收到停车信号时，液压系统开始减小对反应盘系统的压力，通过调整液体压力，从而获得一个恒定的减速度而停车。

采用CST驱动装置控制方法的优点：1)启动平稳，可实现S型曲线启动；2)传动效率高;3)可调速度10%-99%；4)功率平衡精度范围可达±3%；5)保护功能齐全;CST驱动装置的缺点:1)调速系统与减速器合为一体，体积大，安装不便;2)在高速轴上配置逆止器、制动器困难;3)系统为机、电液一体化，复杂且维护困难，备品备件依赖进口，后期运行成本高、经济性差。

（3）变频调速系统变频器通常由一个可控整流电路和一个逆变电路组成，控制整流电路以改变输出电压，控制逆变电路以改变输出频率。

电机变频调速软启动的主要原理是：通过改变感应电机的磁通量控制输出扭矩，可以提供适当的启动扭矩和相当精确的控制，能够使机械可靠地变速运行，并有能力在低速时连续运行。

采用电机变频调速软启动技术，可实现变频电机转速从0到额定转速平滑过渡，减少对机械部分的冲击，降低胶带的启动张力；可实现多台变频器保持同样的速度给定，从而使各驱动电机同步运行，实现多电机的功率平衡；高压变频器调速范围可达10：1以上，以满足不同运输量及检修等需要，而且调速稳定性高，精度可达到0．1 Hz；节能效果好，功率因数高，无转差损耗，效率高，并且效率不随调速范围而改变，还可以根据不同的运输量要求，适当降低运行频率，得到良好的节能效果；变频器维护费用低，在设备正常运行时无消耗品；安全性好，有过载保护。

其缺点是：变频调速操作复杂，需要对操作人员进行专门的培训；变频器价格较高。

在带式输送机软启动方案中采用调速型液力耦合器调速和CST 可控启动传输系统，基本能满足软启动的要求，但工作可靠性、调速性能、功率平衡性能、速度同步性能等均不理想，且体积重量大，安装调试不便，维护费用高。

电机变频调速在带式输送机的运用，较好解决了上述存在的问题。

电机变频调速软启动装置，通过变频器控制变频调速三相异步电机频率，经过联轴器和减速器，将扭矩传递给传动滚筒，从而带动带式输送机的运行。

这种力矩传递方式要经两道联轴器，多级减速器齿轮等传动环节，机械效率低。

同时，要常对减速器等部件进行保养、维护、且更换频率较高。

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。

国家在机械行业逐渐加大淘汰原有的高能耗机电产品的力度，鼓励、扶持发展高效节能电机，促进电机工效，提高其用能效率，提高节能型机电产品设计制造水平和加工能力。

直驱式电机是简化传动系统的有效途径，而直驱式永磁电机是提高传动效率、简化传动结构的最主要的有效方法，其主要措施是用“高效低速大转矩永磁同步电机”取代传统的三相异步电机，革命性地抛弃了减速器、液力耦合器，用电机直接带动生产机械，使传动系统结构简化、效率提高、噪音低、免维护，且省去了定期更换润滑油的工作，减少了环境污染。

近些年，随着技术的进步，价格的降低，永磁电机发展越加成熟。

永磁电机与原有异步电机相比，主要有以下优点：效率高永磁电机用永磁体取代电励磁，无励磁损耗；转子无绕组，无转子铜耗，无转子铁耗，效率比同容量异步电动机提高3％-12％，并且在体积和最高工作转速与异步电动机相同的情况下，输出功率也高出10％-30％，且与异步电机在负载较轻时，效率降低相比，永磁电机在20％-120％负载时均可得到较高效率。

体积小1983年高性能钕铁硼(NdFeB)永磁材料的问世，使永磁电机产生了里程碑式的发展。

钕铁硼具有很高的磁能积，它的剩余磁感应强度、矫顽力都较大，用较少的钕铁硼永磁体就能产生足够的电机磁能积，因此电机体积、尺寸可以大为减小。

永磁同步电动机转子级数多，多极电机可显著减小定、转子铁心轭部高度，从而减少铁心用量，减小电机体积。

启动转矩大常规异步电动机启动转矩倍数和最大转矩倍数都有限，为达要求，需选择更大容量的异步电动机，而到了正常运行状态，异步电动机则又处于轻载运行状态，效率和功率因数均较低。

永磁同步电机因级数多，输出转矩可达异步电机的数倍以上，可满足负载大时的启动。

低速大转矩的永磁同步电机可省去减速器，直接与负载相连，同时减小了振动和噪声。

若用永磁同步电机取代三相异步电机，配合变频器直接连接传动滚筒，可提高带式输送机传动系统效率。

选用高效的永磁驱动系统，由永磁同步电机与变频器相结合实现动力传递，可省去减速器和一道联轴器，使整个驱动系统具有高效、节能、低噪音、免维护；输出转矩大、启动平稳、结构紧凑、体积小、重量轻等优点。

永磁电机驱动系统中应用的永磁同步电机较传统电机节能率约为30％以上，符合我国大力开发节能产品产业政策。

随着各行各业体制改革的深入发展，大量应用高效节能的永磁同步电机将成为今后发展的主流，永磁电机驱动带式输送机正是这一发展的实践应用方向，具有深远的社会意义。

在国外，直驱式永磁电机上的研发上较为突出。

瑞士ABB公司开发了电压范为400-690 V、转速127-750rpm、功率17-2592kW的直驱式电机，效率最高达98.1％，功率因数达0.95。

西门子公司研制的1FW3系列直驱式电机，转速在150-750rpm，功率范围在3.1-380kW，输出转矩100-7000Nm；1FW6系列直驱式电机，转速在40～650 rpm，额定输出转矩109-5760Nm。

在直驱式永磁电机应用方面，国外将永磁同步电机应用于电梯拖动的曳引机，转矩提高了十几倍，取消了庞大的齿轮箱，通过曳引轮直接拖动轿厢，明显减小了振动和噪声。

在船用吊舱式电力推进器方面，国外将低速大转矩的永磁同步电动机置于船舱外的吊舱，无需原来的传动系统，直接驱动螺旋桨，实现船舶的运行和控制。

在国内，北京百正创源已有400kW的三驱永磁同步直驱系统运用于带宽1400mm的带式输送机上的案例。

我国稀土资源丰富，稀土材料是永磁材料的主要成分，为此充分发挥我国稀土资源的优势，大力开展和推动永磁同步电动机系统的应用和研究，对节能和满足上述各种需求是具有重大战略意义的。

带式输送机作为煤矿最普遍使用的传输系统，正向着长距离、大运量等方向发展。

对驱动装置的效率、节能、稳定、安全、方便、环保等方面将会有更高的要求。

此项目的研制成功将填补大功率永磁电机驱动系统在带式输送机上应用的空白，将推动带式输送机向清洁、高效、节能、智能等方向的发展。