2085 DTII皮帶運輸機總體設(shè)計(1)

2085 DTII皮帶運輸機總體設(shè)計(1),dtii,皮帶,運輸機,總體,整體,設(shè)計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計英文翻譯1中文譯文：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(fù)雜，而驅(qū)動系統(tǒng)也已經(jīng)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(qū)動系統(tǒng)需要更大的功率,比如 3 驅(qū)動系統(tǒng)需要給輸送帶 750KW (成莊煤礦輸送機驅(qū)動系統(tǒng)的要求 )?？刂乞?qū)動力和加速度扭矩是輸送機的關(guān)鍵。一個高效的驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)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(nèi)。為了負載分配在多個驅(qū)動上，扭矩和速度控制在驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計中也是很重要的因素。由于輸送機驅(qū)動系統(tǒng)控制技術(shù)的進步,目前更多可靠的低成本和高效驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)可供顧客選擇 1。1 帶式輸送機驅(qū)動1.1 帶式輸送機驅(qū)動方式全電壓啟動 在全電壓啟動設(shè)計中，帶式輸送機驅(qū)動軸通過齒輪傳動直接連接到電機。直接全壓驅(qū)動沒有為變化的傳送負載提供任何控制,根據(jù)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(jié)構(gòu)簡單的傳送驅(qū)動中。降壓啟動 隨著傳送驅(qū)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(shù),電機電壓必須得到控制，一般用可控硅整流器(SCR) 構(gòu)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(chǎn)生穩(wěn)定的加速度，當加速完成時,控制電機電壓的SCR 鎖定在全導(dǎo)通，為電機提供全壓。此種控制方式功率可達到750kW。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機 繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機直接連接到驅(qū)動系統(tǒng)減速機上,通過在電機轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電阻控制電機轉(zhuǎn)矩。在傳送裝置啟動時,把電阻串聯(lián)進轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較低的轉(zhuǎn)矩，當傳送帶加速時，電阻逐漸減少保持穩(wěn)定增加轉(zhuǎn)矩。在河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計英文翻譯2多驅(qū)動系統(tǒng)中，一個外加的滑差電阻可能將總是串聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組回路中以幫助均分負載。該方式的電機系統(tǒng)設(shè)計相對簡單，但控制系統(tǒng)可能很復(fù)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(shù)是定制設(shè)計來滿足傳送系統(tǒng)的特殊規(guī)格。繞線轉(zhuǎn)子電機適合于需要400kW以上的系統(tǒng)。直流(DC) 電機 大多數(shù)傳送驅(qū)動使用DC 并勵電機，電機的電樞在外部連接?？刂艱C 驅(qū)動技術(shù)一般應(yīng)用 SCR裝置，它允許連續(xù)的變速操作。DC 驅(qū)動系統(tǒng)在機械上是簡單的,但設(shè)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(zhuǎn)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,包括需要輸送帶張力控制的多驅(qū)動系統(tǒng)和需要寬變速范圍的輸送裝置上。1.2 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(chǎn)生扭矩。由于循環(huán)流體產(chǎn)生扭矩和速度，在驅(qū)動軸和從動軸之間不需要任何機械連接。這種連接產(chǎn)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(jié)構(gòu)較簡單和僅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(jié)構(gòu)相對比較簡單，成本又低，對現(xiàn)在使用的大多數(shù)輸送機能提供優(yōu)良的軟啟動效果?？勺兂湟阂毫ε己掀?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(qū)動基座。偶合器的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩,必須監(jiān)測AC 電機電流,給電磁閥的控制提供反饋?？勺兂湟阂毫ε己掀骺墒褂迷谥写蠊β瘦斔拖到y(tǒng)中，功率可達到數(shù)千千瓦。這種驅(qū)動無論在機械,或在電氣上都是很復(fù)雜的，其驅(qū)動系統(tǒng)成本中等。勺管控制液力偶合器 也稱為調(diào)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(gòu)成，即葉輪、渦輪和一個包含工作環(huán)路的外殼。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計英文翻譯3此種液力偶合器需要在工作腔以外設(shè)置導(dǎo)管(也稱勺管) 和導(dǎo)管腔，依靠調(diào)節(jié)裝置改變勺管開度(勺管頂端與旋轉(zhuǎn)外殼間距) 人為的改變工作腔的充液量,從而實現(xiàn)對輸出轉(zhuǎn)速的調(diào)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(fù)雜。勺管控制液力偶合器可以應(yīng)用在單機或多機驅(qū)動系統(tǒng)， 功率范圍為150kW750kW。13 變頻控制(VFC)變頻控制也是一種直接驅(qū)動方式，它具有非常獨特的高性能。VFC 裝置為感應(yīng)電機提供變化的頻率和電壓,產(chǎn)生優(yōu)良的啟動轉(zhuǎn)矩和加速度。VFC設(shè)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(zhuǎn)換成頻率、電壓可控的AC。VFC 驅(qū)動采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) 技術(shù)，能根據(jù)不同的負載采用不同的運行速度。VFC 驅(qū)動能根據(jù)給定的S 曲線啟動或停車，實現(xiàn)自動跟蹤啟動或停車曲線。VFC 驅(qū)動為傳送帶啟動提供了優(yōu)良的速度和轉(zhuǎn)矩控制，也能為多機驅(qū)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(qū)動上。過去在中高電壓使用時，VFC 設(shè)備的結(jié)構(gòu)由于受電力半導(dǎo)體器件的電壓額定值限制而變得很復(fù)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(lián)來解決。與簡單的器件串聯(lián)連接的兩電平逆變器系統(tǒng)比較，由于串聯(lián)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PWM 逆變器系統(tǒng)在數(shù)兆瓦工業(yè)傳動中近年來獲得了越來越多的應(yīng)用。由三臺750kW/ 2. 3kV 的這種逆變器構(gòu)成的VFC 系統(tǒng)已經(jīng)成功安裝在成莊煤礦長2. 7km的帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)中。2 使用IGBT的中性點箝位三電平逆變器由于串聯(lián)器件電壓均分容易,器件每次開關(guān)的d v/ d t 低以及輸出端出色的諧波品質(zhì)，三電平電壓型逆變器在大功率傳動應(yīng)用中變得越來越流行。高壓IGBT(HV-IGBT) 的出現(xiàn)使得應(yīng)用三電平中性點箝位原理的中高壓逆變器設(shè)計有了更大的應(yīng)用范圍。這種逆變器目前可以實現(xiàn)從2. 3kV到4. 16kV全范圍的應(yīng)用。HV- IGBT 模塊串聯(lián)可使用在3. 3kV和4. 16kV的設(shè)備。2. 3kV逆變器每個開關(guān)只需要一個HV-IGBT 2,3。 主功率逆變電路河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計英文翻譯4主功率逆變電路用三電平中點箝位電壓型逆變器實現(xiàn),可以滿足中高壓交流傳動應(yīng)用的需要。與兩電平電壓型逆變器相比，三電平中點箝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(zhì)，開關(guān)頻率可降低到原來的1/ 4，開關(guān)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(yīng)力也可能減少到原來的1/ 2 。三電平中點箝位電壓型逆變器的開關(guān)狀態(tài)可歸納于表1 ，U ，V 和W 分別表示三相， P，N 和O 是直流母線上的三個點。例如，當開關(guān)S 1U和S 2U閉合時，U 相處于狀態(tài)P(正母線電壓) ，反之，當開關(guān)S 3U和S 4U閉合時，U 相處于狀態(tài)N (負母線電壓) 。在中性點箝位時,該相在O 狀態(tài)，這時根據(jù)相電流極性的正負,或者是S 2U導(dǎo)通或者是 S3U導(dǎo)通。為了保證中性點電壓平衡，在 O 點被注入的平均電流應(yīng)該是零。2.2 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(yīng)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(jié)構(gòu)。2.3 逆變器控制電機控制 感應(yīng)電機的控制可以使用轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制器實現(xiàn),通過使用PWM 調(diào)制器完成了恒轉(zhuǎn)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r 是速度的函數(shù),反饋速度和前饋滑差控制信號 sl相加。對相加結(jié)果的頻率信號積分，然后產(chǎn)生單位矢量(cose 和sine ) ，最后通過矢量旋轉(zhuǎn)器產(chǎn)生電壓 角 控制PWM 調(diào)制器。PWM調(diào)制器 該調(diào)制器實際上是把空間矢量調(diào)制概念擴展到三電平逆變器。其基本原理是三電平PWM 調(diào)制器使用兩個參考波U r1 和U r2，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(guān)時刻。產(chǎn)生的諧波盡可能的小，使用盡可能低的開關(guān)頻率以最小化開關(guān)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)中點的電流平衡。3 測試結(jié)果河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計英文翻譯5三個750kW/ 2. 3kV 三電平逆變器在成莊煤礦2. 7km 長帶式輸送機驅(qū)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(jié)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(jié)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2 、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(xiàn),帶張力的波動范圍很小，所有檢測結(jié)果顯示出帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)令人滿意的特性。4 結(jié)論近年來輸送機驅(qū)動控制技術(shù)的進步已更為可靠，符合低成本效益和高效驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)為用戶提供了選擇。在這些選擇中，可變頻率控制(VFC)的方法顯現(xiàn)出在將來長距離輸送中帶式輸送機扮演了重要的角色。使用高壓IGBT 的中點嵌位三電平逆變器本身可以提供電機終端所需的供電中高壓,使變頻控制的應(yīng)用更為簡單。通過成莊煤礦2. 7km長帶式輸送機中采用的中點嵌位三電平逆變器變頻調(diào)速(VFC)控制系統(tǒng)的測試結(jié)果表明,采用HV-IGBT 的中點嵌位三電平逆變器以及使用轉(zhuǎn)子磁場矢量控制策略的感應(yīng)電機變頻傳動,使帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)具有非常優(yōu)秀的性能,顯示出良好的應(yīng)用前景。