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

關鍵詞：CST；變頻技術；皮帶機；煤炭開采；井下作業(yè) 文獻標識碼：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技術與國外設備的接軌，對皮帶機的啟動方式越來越嚴格，皮帶輸送機軟啟動技術及設備的研究和應用取得了快速進展。采用合理的皮帶機啟動方案能延長皮帶機的使用壽命，同時還能夠提高輸送機的運行效率，在皮帶機的軟啟動方案中，采用CST和變頻器作為軟啟動的設計方案比較多。本文對可控傳輸系統(tǒng)和變頻技術在皮帶機上的應用做了性能對比。

2 皮帶機概述

皮帶機也稱為膠帶輸送機，是目前我國礦井內的主要煤炭輸送設備，在我國有著廣泛的應用。皮帶機按照運輸能力可分為重型和輕型皮帶機兩種，按照其固定方式可分為固定式和移動兩種，皮帶機的控制方式上，有連續(xù)、間斷和變速輸送等多種控制方式。皮帶機在布置安裝的時候，目前有水平和傾斜兩種，在煤礦井下運輸?shù)臅r候，皮帶機可采用凸弧段、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中的應用

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、離合器和液壓控制組成，所述CST輸出扭矩通過液壓系統(tǒng)進行控制，目前，皮帶機的驅動方式中，多采用一臺電機匹配一個可控啟動傳輸控制裝置，有些皮帶機也可能會出現(xiàn)可控啟動傳輸控制裝置和多個電機進行匹配。通過控制液壓的大小來控制離合器的變化。由于驅動器可以根據(jù)負載來選擇，而不必運行開始根據(jù)選擇的負載，所以CST驅動系統(tǒng)可以選用功率較小的電機。

3.2 CST可控傳輸裝置功能的特點

（1）所述CST的啟動負荷錢，所述電機可空載啟動，此時CST的輸出軸不動，在驅動電機滿轉速的時候，所述CST輸出扭矩通過液壓系統(tǒng)進行控制，每臺離合器上的液壓壓力變化，在這個時候，皮帶機啟動，可加速至滿速狀態(tài)；（2）所述皮帶機在加速至滿速度，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間，能夠在規(guī)定范圍內調整，以適用不同的電機；（4）所述皮帶機在控制的時候，可一機一驅，也可以多機多驅，控制方式較為靈活；（5）所述CST可控傳輸裝置啟動時，可空載啟動，對驅動電機的沖擊力較?。唬?）所述CST可控傳輸裝置啟動時，驅動負載進行，因此可選擇功率較小的電機；（7）所述CST可控傳輸裝置停車控制，可以通過延長停車時間來降低對皮帶的動態(tài)沖擊力；（8）所述CST可控傳輸裝置多機多驅時，每臺驅動電機分擔的負載相同。

4 變頻調速系統(tǒng)在皮帶機中的應用

4.1 變頻調速系統(tǒng)

變頻調速系統(tǒng)是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎控制裝置，在使用的時候，可以為電機提供變頻電源。現(xiàn)有的生產(chǎn)機械，在設計的時候，都為動力驅動留有富余量來提高電機的可靠性。因此，電機在不能滿負荷運行的時候，雖然能夠達到動力驅動要求，但是多出的力矩會造成有功功率的損耗，進而造成電能的浪費。變頻調速系統(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，能夠降低電機啟動的時候對電網(wǎng)的沖擊，同時能夠節(jié)省電能以及設備的維護費用，延長設備的使用壽命。

4.2 變頻器的功能特點

（1）變頻器可以用在所有帶電動機的機械設備中，電動機在啟動時，電流會比額定高5～6倍，不但會影響電機的使用壽命，而且消耗較多的電量；（2）具有過負載能力，能在150%額定輸出下維持1分鐘；（3）變頻器零速運行時，變頻的啟動轉矩大于1.5倍額定轉矩；（4）在20%～100%的負載變化情況內達到或超過0.95的功率因數(shù)；（5）內置功率平衡調節(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，同時也能夠配合PLC等設備進行遠程控制。

5 CST與變頻技術在皮帶機中的應用對比

5.1 CST可控傳輸裝置和變頻器的調速原理不同

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，繼而實現(xiàn)軟啟動。CST可控傳輸裝置不能實現(xiàn)調速功能，不是電機調速裝置。變頻器的調速原理是通過為電機提供變頻電源，減少多出的力矩的有功功率的損耗，進而節(jié)約電能的浪費，變頻器本質上是通過改變電源的輸出頻率，實現(xiàn)無極調速，因此變頻器是調速器。因此，相比較而言，變頻器的調速應用更為穩(wěn)定，調速效果更好。

5.2 CST可控傳輸裝置和變頻器的適用電機不同

CST可控傳輸裝置在使用皮帶機的時候，可一機一驅，也可以多機多驅，控制方式較為靈活。因此，其適用電機為異步鼠籠電機。變頻器由于其僅僅通過改變電源的輸出頻率進行電機控制，因此其適用性較廣，異步鼠籠電機、同步機都能夠采用。因此，相比較而言，變頻器的應用更為廣泛。

5.3 CST可控傳輸裝置和變頻器的最佳調速范圍不同

CST可控傳輸裝置的最佳調速范圍為30%～70%，而變頻器的最佳調速范圍為0%～100%，因此，變頻器的最佳調速范圍更快、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。能實現(xiàn)軟啟動，但是不能實現(xiàn)過程控制。而變頻器則能夠根據(jù)皮帶的負載情況，通過改變電源的輸出頻率進行速度調節(jié)，實現(xiàn)軟啟、軟停和過程控制，因此，變頻器的啟動方式能實現(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現(xiàn)輸出力矩的調節(jié)，屬于開環(huán)控制，整個過程中，靠液壓進行力矩的傳遞，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，需進行停車換油，因此會影響設備的運行時間。而變頻器則可以通過電氣的參數(shù)和CPU的運算進行控制，結合控制軟件，能夠更好地實現(xiàn)對速度和轉矩精確、快速的控制，控制的精度高，控制效率也高。實現(xiàn)系統(tǒng)雙閉環(huán)控制；變頻器運行速度相對比CST可控傳輸裝置，較快變頻器是ms級，CST為s級；變頻器能夠實現(xiàn)主從聯(lián)動，使多臺電機的功率平衡。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，雖然也能夠實現(xiàn)軟停，但是其軟停不是實際意義上的軟停，下運時重載停車須用CSB實現(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，屬于真正意義上實現(xiàn)軟停車，不僅能解決下運及緊急停車的問題，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械傳動，在調速系統(tǒng)中增加了機械環(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空載運行方式不同

CST可控傳輸裝置的多臺電機空載運行的時候，CST的調節(jié)不能實現(xiàn)速度可調，CST速度輸出是一個固定值，短時有點調節(jié)，但不節(jié)能，無意義。而變頻器在電機空載運行時，能有效地調節(jié)運行速度（可以低頻運行），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可控傳輸裝置靠機械連接在電機和皮帶之間，穩(wěn)定性較差，一旦CST故障，整個系統(tǒng)都要停止，沒有辦法跨過CST運行，雖然整個過程不受電壓限制，無諧波，但機械噪聲大，對工人影響較大。由于CST可控傳輸裝置較為復雜，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急，保證系統(tǒng)的不間斷運行。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，只要電機轉速超過同步轉速，就能將多余的能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)能效果明顯，達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由機械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)四個部分組成，除電氣外，其他幾個部分龐大，故工程量較大，占地也大。而變頻器因能源單一，且模塊化柜體設計，故工程施工量較小。因此，采用變頻器成本較低。

6 結語

皮帶機上采用CST與變頻技術，經(jīng)過綜合對比，可以看出，性能較好的是變頻技術。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失控的問題，降低故障的發(fā)生率，延長皮帶機的壽命，且節(jié)能效果更好。因此，筆者認為，皮帶機上應用變頻調速技術，并結合現(xiàn)有的信息化技術和自動化技術，能夠更好地實現(xiàn)皮帶機的低能耗運行，隨著變頻技術的不斷發(fā)展，也將越來越多地替代現(xiàn)在的CST可控啟動傳輸裝置。變頻調速技術在皮帶機上具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻

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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：礦用機械設備自動控制。

（責任編輯：黃銀芳）