CST与变频技术在皮带机中的应用对比

摘要：随着大型煤矿的陆续建设投产，对目前煤矿井下皮带机的拖动技术要求也越来越高。随着煤矿井下皮带机运输距离和装机功率越来越大，选用合适的皮带机驱动方式能够提高企业的经济效益。文章对比分析了现有可控传输系统和变频技术，指出变频技术在解决电机失控的问题、降低故障的发生率、延长皮带机的寿命具有应用优势。

关键词：CST；变频技术；皮带机；煤炭开采；井下作业 文献标识码：A

中图分类号：TD528 文章编号：1009-2374（2016）09-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.016

1 概述

随着我国皮带输送机技术与国外设备的接轨，对皮带机的启动方式越来越严格，皮带输送机软启动技术及设备的研究和应用取得了快速进展。采用合理的皮带机启动方案能延长皮带机的使用寿命，同时还能够提高输送机的运行效率，在皮带机的软启动方案中，采用CST和变频器作为软启动的设计方案比较多。本文对可控传输系统和变频技术在皮带机上的应用做了性能对比。

2 皮带机概述

皮带机也称为胶带输送机，是目前我国矿井内的主要煤炭输送设备，在我国有着广泛的应用。皮带机按照运输能力可分为重型和轻型皮带机两种，按照其固定方式可分为固定式和移动两种，皮带机的控制方式上，有连续、间断和变速输送等多种控制方式。皮带机在布置安装的时候，目前有水平和倾斜两种，在煤矿井下运输的时候，皮带机可采用凸弧段、凹弧段与直线段组合的输送形式。

3 可控启动传输装置在皮带机中的应用

3.1 CST可控启动传输装置控制器

CST可控启动传输控制装置（CST）由多极齿轮减速机、离合器和液压控制组成，所述CST输出扭矩通过液压系统进行控制，目前，皮带机的驱动方式中，多采用一台电机匹配一个可控启动传输控制装置，有些皮带机也可能会出现可控启动传输控制装置和多个电机进行匹配。通过控制液压的大小来控制离合器的变化。由于驱动器可以根据负载来选择，而不必运行开始根据选择的负载，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机。

3.2 CST可控传输装置功能的特点

（1）所述CST的启动负荷钱，所述电机可空载启动，此时CST的输出轴不动，在驱动电机满转速的时候，所述CST输出扭矩通过液压系统进行控制，每台离合器上的液压压力变化，在这个时候，皮带机启动，可加速至满速状态；（2）所述皮带机在加速至满速度，能够保持缓慢匀速的过程，不会产生急停等问题；（3）所述CST可控传输装置的加速时间，能够在规定范围内调整，以适用不同的电机；（4）所述皮带机在控制的时候，可一机一驱，也可以多机多驱，控制方式较为灵活；（5）所述CST可控传输装置启动时，可空载启动，对驱动电机的冲击力较小；（6）所述CST可控传输装置启动时，驱动负载进行，因此可选择功率较小的电机；（7）所述CST可控传输装置停车控制，可以通过延长停车时间来降低对皮带的动态冲击力；（8）所述CST可控传输装置多机多驱时，每台驱动电机分担的负载相同。

4 变频调速系统在皮带机中的应用

4.1 变频调速系统

变频调速系统是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖控制装置，在使用的时候，可以为电机提供变频电源。现有的生产机械，在设计的时候，都为动力驱动留有富余量来提高电机的可靠性。因此，电机在不能满负荷运行的时候，虽然能够达到动力驱动要求，但是多出的力矩会造成有功功率的损耗，进而造成电能的浪费。变频调速系统利用其软启动功能，将使启动电流从零开始，保证电流的最大值也不超过额定电流，能够降低电机启动的时候对电网的冲击，同时能够节省电能以及设备的维护费用，延长设备的使用寿命。

4.2 变频器的功能特点

（1）变频器可以用在所有带电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5～6倍，不但会影响电机的使用寿命，而且消耗较多的电量；（2）具有过负载能力，能在150%额定输出下维持1分钟；（3）变频器零速运行时，变频的启动转矩大于1.5倍额定转矩；（4）在20%～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数；（5）内置功率平衡调节，可与各类变送器形成闭环控制系统；（6）变频器能够有就地启动和停止的控制方式，同时也能够配合PLC等设备进行远程控制。

5 CST与变频技术在皮带机中的应用对比

5.1 CST可控传输装置和变频器的调速原理不同

CST可控传输装置可通过改变油膜间距、控制液压的大小来控制离合器的变化，继而实现软启动。CST可控传输装置不能实现调速功能，不是电机调速装置。变频器的调速原理是通过为电机提供变频电源，减少多出的力矩的有功功率的损耗，进而节约电能的浪费，变频器本质上是通过改变电源的输出频率，实现无极调速，因此变频器是调速器。因此，相比较而言，变频器的调速应用更为稳定，调速效果更好。

5.2 CST可控传输装置和变频器的适用电机不同

CST可控传输装置在使用皮带机的时候，可一机一驱，也可以多机多驱，控制方式较为灵活。因此，其适用电机为异步鼠笼电机。变频器由于其仅仅通过改变电源的输出频率进行电机控制，因此其适用性较广，异步鼠笼电机、同步机都能够采用。因此，相比较而言，变频器的应用更为广泛。

5.3 CST可控传输装置和变频器的最佳调速范围不同

CST可控传输装置的最佳调速范围为30%～70%，而变频器的最佳调速范围为0%～100%，因此，变频器的最佳调速范围更快、适用性更好。

5.4 CST可控传输装置和变频器的启动方式不同

CST可控传输装置是通过改变油膜间距、控制液压的大小来控制离合器的变化。能实现软启动，但是不能实现过程控制。而变频器则能够根据皮带的负载情况，通过改变电源的输出频率进行速度调节，实现软启、软停和过程控制，因此，变频器的启动方式能实现过程控制，启动方式更好。

5.5 CST可控传输装置和变频器的控制方式不同

CST可控传输装置能够通过改变油膜间距来实现输出力矩的调节，属于开环控制，整个过程中，靠液压进行力矩的传递，中间环节较多。因此，其控制的精度较低，也影响控制效率，且在控制过程中，需进行停车换油，因此会影响设备的运行时间。而变频器则可以通过电气的参数和CPU的运算进行控制，结合控制软件，能够更好地实现对速度和转矩精确、快速的控制，控制的精度高，控制效率也高。实现系统双闭环控制；变频器运行速度相对比CST可控传输装置，较快变频器是ms级，CST为s级；变频器能够实现主从联动，使多台电机的功率平衡。因此，变频器的控制方式更好、效率更高。

5.6 CST可控传输装置和变频器的停车方式不同

CST可控传输装置，虽然也能够实现软停，但是其软停不是实际意义上的软停，下运时重载停车须用CSB实现软停，将能量消耗在油中。而变频器车则有自由停车和变频停车两种，属于真正意义上实现软停车，不仅能解决下运及紧急停车的问题，并将多余的能量回馈到电网。因此，变频器的停车方式更好，能量消耗更低，属于真正意义上的软停，效率更高。

5.7 CST可控传输装置和变频器的传动效率方式不同

CST可控传输装置的传动属于机械传动，在调速系统中增加了机械环节，所以，相比较变频器，且传动较低，在90%左右。而变频器由于使用电传动，中间环节少，故传动效率可达95%以上，因此变频器的传动效率更高。

5.8 CST可控传输装置和变频器多台电机空载运行方式不同

CST可控传输装置的多台电机空载运行的时候，CST的调节不能实现速度可调，CST速度输出是一个固定值，短时有点调节，但不节能，无意义。而变频器在电机空载运行时，能有效地调节运行速度（可以低频运行），节能明显。因此，采用变频器效果更好。

5.9 CST可控传输装置和变频器的稳定性不同

CST可控传输装置靠机械连接在电机和皮带之间，稳定性较差，一旦CST故障，整个系统都要停止，没有办法跨过CST运行，虽然整个过程不受电压限制，无谐波，但机械噪声大，对工人影响较大。由于CST可控传输装置较为复杂，因此，其故障率较高、稳定性较低。而变频器基本无故障，变频器通过电气回路连接，在紧急情况下可以通过旁路应急，保证系统的不间断运行。因此，采用变频器稳定性更好。

5.10 CST可控传输装置和变频器的节能不同

CST可控传输装置，较为耗能，因此节能效果较差，而变频器能在任意频率下，只要电机转速超过同步转速，就能将多余的能量回馈到电网，节能效果明显，达30%以上，因此采用变频器更为节能。

5.11 CST可控传输装置和变频器的工程施工量不同

CST可控传输装置，由于CST由机械传动系统、液压系统、冷却系统、电气系统四个部分组成，除电气外，其他几个部分庞大，故工程量较大，占地也大。而变频器因能源单一，且模块化柜体设计，故工程施工量较小。因此，采用变频器成本较低。

6 结语

皮带机上采用CST与变频技术，经过综合对比，可以看出，性能较好的是变频技术。在启动方式、传动效率、停车、稳定性方面均具有突出的优势，变频器能够更好地解决电机失控的问题，降低故障的发生率，延长皮带机的寿命，且节能效果更好。因此，笔者认为，皮带机上应用变频调速技术，并结合现有的信息化技术和自动化技术，能够更好地实现皮带机的低能耗运行，随着变频技术的不断发展，也将越来越多地替代现在的CST可控启动传输装置。变频调速技术在皮带机上具有较大的发展潜力。

参考文献

[1] 王力功.CST与变频技术在胶带机中的应用对比[J].内蒙古煤炭经济，2015，（8）.

[2] 薛蒲昌.带式输送机监控系统的设计[D].西安建筑科技大学，2009.

作者简介：赵俊阳（1974-），男，黑龙江克东人，中煤第五建设有限公司第三工程处高级工程师，在职硕士，研究方向：矿用机械设备自动控制。

（责任编辑：黄银芳）