綜采工作面刮板輸送機液力耦合器啟動與變頻器啟動對比分析研究

1、 綜采工作面刮板輸送機液力耦合器啟動與變頻器啟動對比分析研究 摘要：本文針對綜采工作面刮板輸送機液力耦合器和變頻器兩種啟動方式進行對比分析，通過對比兩種啟動方式的工作原理，分析其故障率、效率、功耗等系列因素，總結(jié)各自的優(yōu)缺點，為兩種啟動方式針對不同環(huán)境的使用提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：液力耦合器；變頻器；啟動；分析現(xiàn)如今我國煤礦綜采工作面刮板輸送機所使用的啟動裝置主要有液力耦合器和變頻器兩種方式，兩種裝置的使用各有利弊，不同啟動方式適用于不同時期生產(chǎn)需要1-2。1 液力耦合器和變頻器工作原理研究分析1.1 變頻器工作原理變頻調(diào)速就是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調(diào)節(jié)交流電動機的輸出轉(zhuǎn)速的

2、目的。交流異步電動機的輸出轉(zhuǎn)速由下式確定:n=60f(1-s)/p (1)式中：n為電動機的輸出轉(zhuǎn)速；f為輸入的電源頻率；s為電動機的轉(zhuǎn)差率；p電機的極對數(shù)；由上式可知，電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機的極對數(shù)有關(guān)系，因而交流電動機的直接調(diào)速方式主要有變極調(diào)速(調(diào)整p)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(調(diào)整s)和變頻調(diào)速(調(diào)整f)等。變頻器從電網(wǎng)接收:工頻50hz的交流電，經(jīng)過恰當?shù)膹娭谱儞Q方法，將輸入的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出到交流電動機，實現(xiàn)交流電動機的變速運行。將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法主要有兩種:一種稱為直接變換方式，又

3、稱為交交變頻方式，它是通過可控整流和可控逆變的方式，將輸入的工頻電直接強制成為需要頻率的交流輸出，因而稱其為交流-交流的變頻方式。另一種稱為間接變換方式，又稱為交-直交-變頻方式，它是先將輸入的工頻交流電通過全控/半控/不控整流變換為直流電，再將直流電通過逆變單元變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出。1.2 液力偶合器工作原理調(diào)速型液力偶合器由泵輪、渦輪、轉(zhuǎn)動外殼、導流管等組成。泵輪將電動機的機械能轉(zhuǎn)變成工作油的動能和勢能，而渦輪則將工作油的動能和勢能又轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的機械能，從而實現(xiàn)能量的柔性傳遞。只要改變導流管的位置，就能改變偶合器中工作油的充滿度，從而可以在原動機轉(zhuǎn)速不變的條件下實現(xiàn)軟起

4、動和調(diào)速功能。耦合器的主要工作部件為泵輪和渦輪，其中泵輪與電動機聯(lián)接，渦輪與減速器輸入軸聯(lián)接，泵輪與渦輪之間充滿工作介質(zhì)水。工作時，電動機帶動泵輪旋轉(zhuǎn)進而帶動工作介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)，最終驅(qū)動渦輪的旋轉(zhuǎn),將動能傳遞給減速器，這就是調(diào)速型液力耦合器的工作原理?，F(xiàn)用于煤礦井下的耦合器為閥控調(diào)速型液力耦合器，其工作過程與普通液力耦合器相似，但其在工作過程中水介質(zhì)充滿工作腔和排出工作腔的工序是通過電磁先導閥控制的，這樣就可以任意控制工作介質(zhì)在工作腔中的充滿程度，進而達到在啟動過程中與控制系統(tǒng)的配合，最終實現(xiàn)電動機及整個系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。2 故障率分析2.1 變頻器低壓變頻器多安裝在現(xiàn)場機柜等場所，這些場所粉塵較大

5、，不利于類似低壓變頻器電力電子類設備的可靠運行，安裝在具有腐蝕性氣體和粉塵場所的變頻器故障率尤為較高。同時如果不能定期對變頻器功率器件的散熱器內(nèi)的粉塵進行清理，會造成散熱器效果降低，影響變頻器的使用壽命。裝置操作人員對變頻器操作方式不當也是影響變頻器使用壽命的一個重要原因，例如對于運行中的變頻器不通過正常的變頻器停機方式停運變頻器，而是通過直接將變頻器輸入側(cè)的接觸器進行分斷操作的方式來停運變頻器，電機的反電動勢對變頻器會造成沖擊，可能會導致變頻器損壞。一般的電機采用同軸風機冷卻，當變頻器運行頻率設定過低，會造成電機低速運行導致冷卻風量滿足不了要求。2.2 液力耦合器啟停過程中完全通過工作腔中工

6、作介質(zhì)充滿量來控制，而實際過程中這個量很難精確控制,進而使得啟動中的軟保護不夠穩(wěn)定。耦合器聯(lián)接于電動機與減速器之間,一旦發(fā)生故障,將影響整臺刮板機的啟動，因此，耦合器的可靠性也是影響其使用性能的因素之一。液力耦合器機械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復雜,要長期可靠運行，系統(tǒng)維護工作量增大,如果出現(xiàn)故障,無法直接定速運行,必須停機檢修。3 運行效率分析3.1 液力耦合器調(diào)速效率液力耦合器調(diào)速效率近似等于轉(zhuǎn)速比，轉(zhuǎn)速比越小，調(diào)速效率就越低。液力耦合器在工況時，轉(zhuǎn)速比一般在0.40.98之間。當其小于0.4時，由于轉(zhuǎn)速比小，工作腔內(nèi)充油量少，氣體量較大，工作油升溫很快，這時常會出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況。3.2 變頻器高壓變頻

7、器效率高，無轉(zhuǎn)差損耗，其效率可達到0.95以上，而且不隨調(diào)速的范圍而變化。變頻調(diào)速通過改變電動機電樞的電壓和頻率，控制電路本身需很少部分能量消耗，開關(guān)速度快的電力電子器件，其損耗也很小，因此交頻器可以在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高效率運行。4使用液力耦合器和變頻器工作面運輸機電機功耗分析4.1變頻器由于電機為直接啟動或y/d啟動，啟動電流等于4-7倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕

8、了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。4.2液力耦合器由于是通過水介質(zhì)傳遞動力,傳動效率低,大功率重型刮板機因此損失的功率較為嚴重。但能很好地保護鏈條及鏈輪，電機接近零負載啟動，在刮板輸送機啟動過程中處于工沉狀態(tài)，電流小，對電機及電網(wǎng)能起到良好的保護作用。5優(yōu)缺點總結(jié)5.1變頻器變頻器的主要優(yōu)點分別是:(1)從零可以建立啟動力矩以保護鏈條和鏈輪。(2)電動機接近零負載啟動，電動機在刮板機啟動過程中處于工沉狀態(tài)，電流小，對電機及電網(wǎng)保護良好。(3)對系統(tǒng)實現(xiàn)軟連接，可以保護電機及系統(tǒng)。(4)有很好的低電壓啟動能力。(5)運行過程中遇到大電壓降時能起到很好的保護作用。(6)

9、驅(qū)動裝置比其他相同功率的裝置體積小，更適應井下空間狹窄的特點。變頻驅(qū)動主要存在以下幾方面不足：(1)供電電壓低，目前變頻一體機最大電壓為1140v。(2)生產(chǎn)過程中如果出現(xiàn)變頻器方面的故障，維修維護時對礦井工人的技術(shù)水平要求高,維修成本高。（3）供電系統(tǒng)復雜、設備多。5.2 液力耦合器液力耦合器的主要優(yōu)點分別是:(1)具有柔性傳動自動適應、減緩沖擊功能。(2)具有在外載荷超載時保護電機和工作機不受損壞的過載保護功能。(3)具有柔性制動減速功能。（4）結(jié)構(gòu)簡單，操作維護簡單。（5）除軸承、油封外無任何直接機械摩擦，使用壽命長。液力耦合器的主要缺點分別是:(1)始終存在轉(zhuǎn)差率，有轉(zhuǎn)差功率損失。(2)輸出轉(zhuǎn)速始終低于輸入轉(zhuǎn)速，且輸出轉(zhuǎn)速不能像齒輪傳動那樣準確不變。(3)調(diào)速型液力耦合器需要附加冷卻系統(tǒng)，增加投資費用和運行費用。(4)占地面積較大，需要在動力機與工作機之間占有一定空間