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刮板输送机软启动技术浅析

作者：钱金宝日期：2013-12-14 09:24 来源：《电子制作》

阳泉煤业集团华越机械有限公司 045000

【文章摘要】
刮板机广泛应用于矿井之下，工况复杂多变，运行条件恶劣，启动停车随机性大。启动时多为带载启动，启动电流大，对电网冲击严重，动力冲击大，使传动部件受到很强的变载荷，严重影响部件寿命。软启动使电机在空载下启动，能够有效地减小电流冲击和动力冲击，保护电网和传动机械部件。本文介绍了技术比较成熟的集中软启动方式，通过比较优缺点，总结了各种启动方法使用的场合。
【关键词】
刮板机；电流冲击；动力冲击；软启动
　　　
1 刮板机现在的启动方式和启动问题
刮板机现在广泛的应用于煤矿井下和其他条件恶劣，输送强度大的场合。近几年的煤炭开采量越来越大，煤矿矿井的规模也越来越大。刮板机在向大运量、长运距、大功率、高强度、长寿命与高可靠性方面发展。
刮板机的负载很大，运输距离长，启动频繁，而且是带载启动，所以会产生很多的问题。首先是启动困难的问题，在井下作业的刮板机停车具有很大的随机性，每次的停车和启动的负载都有巨大的变化，引起启动困难。其次是剧烈的机械冲击，这和刮板机的的传动结构有关，刮板机采用链传动，在链轮和链条的啮合过程中产生多边形效应，在链条中产生应力。启动的时候由于链条的弹性产生变形导致啮合误差增加，而此时电机要忽然施加转矩进行转动，所以产生巨大的机械冲击。此外，启动过程还会产生很大的电网冲击，带载启动的时候，启动电流是额定电流的8-10 倍，对电网冲击很大，影响电网中其他设备的运行，严重的会烧坏电机。
在过去为了解决启动问题，人们更多地是增加链子的强度和电机的功率，这样导致链子和电机的巨大浪费，也不能从根本上解决问题。要想解决启动带来的三个主要问题，必须从改善拖动特性上入手。相对于以直接强制启动，软启动也越来越受到了关注。
2 常见几种软启动方式比较
所谓的软启动是相对于刚性启动而言，在传动上就是尽量使电机在空载下启动，待达到额定转速之后，再使系统无冲击的慢慢运转起来投入正常运行。现在技术比较成熟，投入到实际生产的软启动方式有以下几种。
2.1 恒充式限距液力耦合器启动
这种液力耦合器的输入轴和输出轴分别连接泵轮和涡轮，启动时泵轮的转速大于涡轮，产生滑差。滑差引起了液体的环流，依靠环流驱动涡轮的转动。从严格意义上讲这并不是一种标准的软启动方式，因为它有固定的冲液量，所以不能完全在空载下启动。但是也可以使电机在轻载下启动，能够有效地减少启动电流的冲击时间，可以提供比较平稳的启动过程。但是这种装置在启动之后快速旋转时由于偏心，会产生很大的径向力，加剧了电机和减速装置的磨损。
2.2 阀控冲液式液力耦合器启动（TTT 启动）
这种耦合器相比恒充式耦合器增加了电磁阀控制阀块。当启动刮板机时，先启动电机，此时耦合器内无液体，耦合器没有动力源也就没有输出速度，电机便可以空载直接启动。电机启动之后要启动刮板机时，按时间逐步向液力耦合器内充液，涡轮就靠滑差慢慢带动起来，直到输出额定转速，从而实现了对刮板机的启动。当负载过大时，耦合器泵轮和涡轮之间的滑差增加而发热，造成了启动失败。因此具有过载保护的功能。但是由于泵轮和涡轮时靠滑差传动，效率较低，一般低于95%。此外，液力耦合器的体积巨大，使本就不大的井下空间更加的狭小。
2.3 双速电机启动
启动时由于空载，所以先接通低速电机的，低速电机启动之后，再根据负载情况接通高速电机。由低速转换为高速有两个依据，一是时间，一般是低速电机启动后3-5s，保证低速电机已经达到额定转速。二是电流，低速电机的电流降到一定程度的时候才会转换到高速电机，并且电流值应该在高速电机上能够保证输出转矩，能够在负载状态下达到高速转动。双速电机启动的启动电流特别小，对电网的冲击非常小。但是启动过程中有高低速的转变，存在动力冲击而且启动过程中没有过载保护。从成本上讲，启动设备对电气元件质量要求高，投入大，制造工艺复杂。
2.4 可控启动传输装置（CST 启动）
该装置是一个多级齿轮减速器配合湿式离合器和液压控制部件组成的系统。启动刮板机之前启动电机，此时放开离合器的摩擦片，使行星齿轮减速器的内圈自由。因此减速器没有输出扭矩，电机直接在空载下启动。电机启动之后，动、静摩擦片的油缸逐步给摩擦片加压，离合器慢慢闭合，减速器的输出转速和扭矩就逐步增加，直到达到额定转速。当超负荷启动刮板机时，摩擦片之间的摩擦力不足以传动，摩擦片之间便会打滑，所以具有过载保护作用。双电机启动平稳，没有机械冲击。电机启动时对于多电机组可以分时启动，但是电机启动瞬间仍然会有6-8 倍的电流冲击
2.5 调频调压启动
在开始启动的时候采用调频的方法，使电机能够输出足够的扭矩，解决了负载启动困难的问题。启动之后使用调压手段，根据负载情况和预设的用户程序调节频率电压，是电机输出相应的扭矩，从从而实现软启动。调频调压启动过程中实现全数字化控制，控制精准迅速，能够有效地较少电流对电网的冲击，而且在控制过程中能够自行调节启动时间，减少了启动的动力冲击。调频调压启动不仅能够实现软启动，还能够实现直接启动，强力矩启动等。但是由于有谐波辐射，对其他设备影响较大，而且设备成本较高，一般用在传动扭矩比较小的场合。目前主要用于交流660 和1 140 v 电压，400 kW 以下的异步电动机重负荷软启动。
3 结语
上述的几种软启动方式的启动特性各不相同，适用的场合也各不相同。液力耦合器启动传动扭矩大，启动平稳，启动电流小，比较适合大功率的刮板机启动。双电机启动的电流冲击非常小，但是动力冲击大，而且成本高，对电器元件要求高。比较适合轻负载场合应用。CST 启动能有效地减少停启次数，保护了电机，能够降低负荷冲击。但是仍然不能很好的解决电流冲击的问题。在启动和调速过程中传动效率低，液压控制系统复杂，设备成本高。CST 启动能够比较好的满足启动要求，但是对环境要求也比较高，适合用在工作环境比较好的矿井。调频调压启动调节精度高，反应迅速，传动效率高，充分利用了电机的输出。但是成本高，负载能力较低，适合低负载场所。我国在软启动方面的研究比较落后，无论在耦合器还是在电机控制，电气系统控制上都落后世界水平。
总的来说软启动的发展趋势都是从机械，液压调速，到液力调速最终在向电气调速发展。现在电气调速还不能用在很大负载的刮板机上，但是随着技术的成熟，电气调速设备也会慢慢满足重负载的要求。