【正文】 1 中文原文 : 帶式輸送機及其牽引系統(tǒng) 在運送大量的物料時，帶式輸送機在長距離的運輸中起到了非常重要的競爭作用。輸送系統(tǒng)將會變得更大、更復雜，而驅動系統(tǒng)也己經歷了一個演變過程，并將繼續(xù)這樣下去。如今，較大的輸送帶和多驅動系統(tǒng)需耍更大的功率，比如 3 驅動系統(tǒng)需耍給輸送帶 750KW(成莊煤礦輸送機驅動系統(tǒng)的要求 )。控制驅動力和加速度扭矩是輸送機的關鍵。一個高效的驅動系統(tǒng)應該能順利的運行，同時保持輸送帶張緊力在指定的安全極限負荷內。為了負載分配在多個驅動上，扭矩和速度控制在驅動系統(tǒng)的設計中也是很重要的因 素。由于輸送機驅動系統(tǒng)控制技術的進步，目前更多可靠的低成本和高效驅動的驅動系統(tǒng)可供顧客選擇 [1] 1 帶式輸送機驅動 1. 1 帶式輸送機驅動方式 全電壓啟動 在全電壓啟動設計中，帶式輸送機驅動軸通過齒輪傳動直接連接到電機。直接全壓驅動沒有為變化的傳送負載提供任何控制，根據滿載和空載功率需求的比率，空載啟動時比滿載可能快 34 倍。此種方式的優(yōu)點是 :免維護，啟動系統(tǒng)簡單，低成本，可靠性高。但是，不能控制啟動扭矩和最大停止扭矩。因此，這種方式只用于低功率，結構簡單的傳送驅動中。 降壓啟動 隨著傳送驅 動功率的增加，在加速期間控制使用的電機扭矩變得越來越重要。由于電機扭矩是電壓的函數，電機電壓必須得到控制，一般用可控硅整流器 (SCR}構成的降壓啟動裝置，先施加低電壓拉緊輸送帶，然后線性的增加供電電壓直到全電壓和最大帶速。但是，這種啟動方式不會產生穩(wěn)定的加速度，當加速完成時，控制電機電壓的 SCR2 鎖定在全導通，為電機提供全壓。此種控制方式功率可達到 750kW。 繞線轉子感應電機 繞線轉子感應電機直接連接到驅動系統(tǒng)減速機上，通過在電機轉子繞組中串聯電阻控制電機轉矩。在傳送裝置啟動時，把電阻串聯進轉子產生較低 的轉矩，當傳送帶加速時，電阻逐漸減少保持穩(wěn)定增加轉矩。在多驅動系統(tǒng)中，一個外加的滑差電阻可能將總是串聯在轉子繞組回路中以幫助均分負載。該方式的電機系統(tǒng)設計相對簡單，但控制系統(tǒng)可能很復雜，因為它們是基于計算機控制的電阻切換。當今，控制系統(tǒng)的大多數是定制設計來滿足傳送系統(tǒng)的特殊規(guī)格繞線轉子電機適合于需要 400kVV 以上的系統(tǒng)。 直流 (DC)電機 大多數傳送驅動使用 DC 并勵電機，電機的電樞在外部連接?？刂?DC 驅動技術一般應用 SCR 裝置，它允許連續(xù)的變速操作。DC 驅動系統(tǒng)在機械上是簡單的，但設計的電子電路，監(jiān)測 和控制整個系統(tǒng)，相比于其他軟啟動系統(tǒng)的選擇是昂貴的，但在轉矩、負載均分和變速為主要考慮的場合，它又是一個可靠的，節(jié)約成本的方式。 DC 電機一般使用在功率較大的輸送裝置上，包括需耍輸送帶張力控制的多驅動系統(tǒng)和需要寬變速范圍的輸送裝置上。 液力偶合器 流體動力偶合器通常被稱為液力偶合器，由三個基本單元組成 :充當離心泵的葉輪，推進水壓的渦輪和裝進兩個動力部件的外殼。流體從葉輪到渦輪，在從動軸產生扭矩。由于循環(huán)流體產生扭矩和速度，在驅動軸和從動軸之間不需要任何機械連接。這種連接產生的動力決定于液力偶合器的充液量 ，扭矩正比于輸入速度。因在流體偶合中輸出速度小于輸入速度，其間的差值稱為滑差，一般為 1%3%。傳遞功率可達幾千千瓦。 固定充液液力偶合器 固定充液液力偶合器是在結構較簡單和僅3 具有有限的彎曲部分的輸送裝置中最常用的軟啟動裝置，其結構相對比較簡單，成本又低，對現在使用的大多數輸送機能提供優(yōu)良的軟啟動效果。 可變充液液力偶合器 也稱為限矩型液力偶合器。偶合器的葉輪裝在 AC 電機上，渦輪裝在從動減速器高速軸上，包含操作部件的軸箱安裝在驅動基座。偶合器的旋轉外殼有溢出口，允許液體不斷地從工作腔中流出進入一個分 離的輔助腔，油從輔助腔通過一個熱交換器泵到控制偶合器充液量的電磁閥。為了控制單機傳動系統(tǒng)的啟動轉矩，必須監(jiān)測 AC電機電流給電磁閥的控制提供反饋 。可變充液液力偶合器可使用在中大功率輸送系統(tǒng)中，功率可達到數千千瓦口這種驅動無論在機械，或在電氣上都是很復雜的，其驅動系統(tǒng)成本中等。 勺管控制液力偶合器 也稱為調速型液力偶合器。此種液力偶合器同樣由三個標準的液力偶合單元構成，即葉輪、渦輪和一個包含工作環(huán)路的外殼。此種液力偶合器需要在工作腔以外設置導管 (也稱勺管 )和導管腔，依靠調節(jié)裝置改變勺管開度 (勺管頂端與旋轉外 殼間距 )人為的改變工作腔的充液量，從而實現對輸出轉速的調節(jié)。這種控制提供了合理的平滑加速度，但其計算機控制系統(tǒng)很復雜。勺管控制液力偶合器可以應用在單機或多機驅動系統(tǒng)，功率范圍為 150kW750kW。 1. 3 變頻控制 (VFC) 變頻控制也是一種直接驅動方式，它具有非常獨特的高性能。 VFC裝置為感應電機提供變化的頻率和電壓，產生優(yōu)良的啟動轉矩和加速度。VFC 設備是一個電力電子控制器，首先把 AC 整流成 DC，然后利用逆變器，再將 DC 轉換成頻率、電壓可控的 AC. VFC 驅動采用矢量控制或直接轉矩控制 (DTC)技術 ，能根據不同的負載采用不同的運行速度。 VFC 驅動能根據給定的 S 曲線啟動或停車，實現自動跟蹤啟動或停車曲線。 VFC 驅動4 為傳送帶啟動提供了優(yōu)良的速度和轉矩控制，也能為多機驅動系統(tǒng)提供負載均分。 VFC 控制器可以容易地裝在小功率輸送機驅動上。過去在中高電壓使用時， VFC 設備的結構由于受電力半導體器件的電壓額定值限制而變得很復雜，中高電壓的變速傳動常常使用低壓逆變器，然后在輸出端使用升壓變壓器，或使用多個低壓逆變器串聯來解決。與簡單的器件串聯連接的兩電平逆變器系統(tǒng)比較，由于串聯器件之間容易均壓以及輸出端可以有更好的諧 波特性，三電平電壓型 PWI\逆變器系統(tǒng)在數兆瓦工業(yè)傳動中近年來獲得了越來越多的應用。由三臺 750kW/ 的這種逆變器構成的 VFC 系統(tǒng)已經成功安裝在成莊煤礦長 2. 71m 二的帶式輸送機驅動系統(tǒng)中。 2 使用 IGBT 的中性點箱位三電平逆變器 由于串聯器件電壓均分容易，器件每次開關的 dv/dt 低以及輸出端出色的諧波品質，三電平電壓型逆變器在大功率傳動應用中變得越來越流行。高壓 IGBT(HVIGBT)的出現使得應用三電平中性點箱位原理的中高壓逆變器設計有了更大的應用范圍。這種逆變器目前可以實現從 2. RV到 4. 16kV 全范圍的應用。 HVIGBT 模塊串聯可使用在 3. RV 和 4. 16kV的設備。 2. AV 逆變器每個開關只需要一個 HVIGBT[2,3]。 主功率逆變電路 主功率逆變電路用三電平中點箱位電壓型逆變器實現，可以滿足中高壓交流傳動應用的需要。與兩電平電壓型逆變器相比，三電平中點箱位電壓型逆變器提供三個電壓級別給輸出端，對于同樣的輸出電流品質，開關頻率可降低到原來的 1/4,開關器件的電壓額定值可減小到原來的1/2，附加到電機上的額外的瞬態(tài)電壓應力也可能減少到原來的 1/2。 三電平中點箱位電壓型逆變器的開關狀態(tài)可歸納于表 1， U， V 和 W5 分別表示三相， P, N 和 G 是直流母線上的三個點。例如，當開關 S1u 和S2u 閉合時， U 相處于狀態(tài) P(正母線電壓 )，反之，當開關 S3u 和 S4U 閉合時， U 相處于狀態(tài) n(負母線電壓 )。在中性點箱位時，該相在 o 狀態(tài)，這時根據相電流極性的正負，或者是 S2U 導通或者是 S3U 導通。為了保證中性點電壓平衡，在 o 點被注入的平均電流應該是零 。 輸入端變流器 為通常使用 12 脈沖二極管整流器給直流環(huán)節(jié)電容器充電，在輸入端引入的諧波是很小的。若對輸入諧波有 更高的要求，可以使用 24 脈沖二極管整流器作為輸入變流器。對于需要有再生能力的更高級應用，可以用一個有源輸入變流器取代二極管整流器，這時輸入整流器與輸出逆變器為同一結構。 逆變器控制 電機控制感應電機的控制可以使用轉子磁場定向矢量控制器實現，通過使用 PWM 調制器完成了恒轉矩區(qū)和高速弱磁區(qū)的控制。圖 2 為間接矢量控制框圖圖中指令磁通甲ψ r 是速度的函數，反饋速度和前饋滑差控制信號川赫目加。對相加結果的頻率信號積分，然后產生單位矢量 (cosθ e 和 sinOθ e )，最后通過矢量旋轉器產生電壓 V’角θ控制 PWM 調制器。 PWM調制器 該調制器實際上是把空間矢量調制概念擴展到三電平逆變器。其基本原理是三電平 PWM 調制器使用兩個參考波認 Ur1 和 Ur2，但只使用一個三角波。它以一種優(yōu)化方式確定每一次開關時刻。 產生的諧波盡可能的小，使用盡可能低的開關頻率以最小化開關損耗 。可將零序成分加到每一個參考波里以便最大化基波電壓。作為一個附加的自由度，參考波與三角波的相對位置可改變，這可以用于直流環(huán)節(jié)6 中點的電流平衡。 3 測試結果 三個 750kW/ 2. 3V 三電平逆變器在成莊煤礦 2. 動系統(tǒng) 成功安裝之后，對整個變頻傳動系統(tǒng) (VFC)的性能進行了測試，測試結果顯示出使用 VFC 控制系統(tǒng)的帶式輸送機的優(yōu)良特性。圖 3 為測試結果波形。由圖看出，曲線 1 顯示受控帶速，帶速呈 S 形曲線形狀，曲線 3 分別表示電流和扭矩，曲線 4 顯示帶張力。從圖中可以發(fā)現，帶張力的波動范圍很小，所有檢測結果顯示出帶式輸送機驅動系統(tǒng)令人滿