帶式輸送機的“軟啟動”指輸送機在重載工況下可控制地逐步克服整個系統的慣性而平穩地啟動。本文重點從機械上選擇CST可控軟啟動、從電氣上選擇變頻控制( VFC)2種驅動方式進行分析，并對變頻控制進行了現場測試，為帶式輸送機選用合理的軟啟動裝置提供依據。
2、可控軟啟動裝置
CST( Controlled Start Transmission)是由美國DODGE公司研制開發的一種新型機電一體化產品，它由多級齒輪減速器、濕式線形離合器、液壓系統及控制系統組成。CST是一種液體黏性調速器（又稱黏滯離合器、油膜離合器），它是通過改變離合器片的間距達到改變黏性液體間的剪切力來改變傳動力矩的。CST具有以下優點：(1)帶式輸送機可使用單臺，亦可使用多臺CST，啟動負載之前驅動電機空載啟動，而CST輸出軸并不運動。在電機達到額定的速度之后，通過控制系統使每臺CST離合器的液壓力逐漸增加來緩慢、平穩地對輸送帶進行張緊，輸送帶平穩地加速到全速，從而輸送帶受力平穩，其安全系數一般可由10降到5；(2)由于電機的選擇是基于運動條件而不是啟動條件，從而使用CST時電機的功率及尺寸可減小到最小；(3)帶式輸送機啟動平穩，可在較低的力矩及加速度狀態下投入運行，消除輸送帶過大的張力；(4)該系統可防止輸入到帶式輸送機時的功率及力矩超過安全限度，以保證帶式輸送機過載時不能運行，從而保護該系統的其他部件；(5)其啟動系數為1左右，所選擇輸送帶的強度可降低30%左右。CST裝置的缺點是：(1)驅動電機空載啟動，不可避免地會出現大的起動電流，嚴重的會引起電網電壓的波動；(2)提高的僅是機械的傳動效率，對整個傳動系統的總體效率貢獻不大；并且運行中發熱量極大；(3)CST用油的質量要求高，液壓及控制系統復雜，備件難以供應，維修困難。
3、變頻控制
變頻控制也是一種直接驅動方式。其技術優點：完全可調節起動速度斜率，軟啟動、軟制動性能良好；電機+減速器+驅動裝置’的驅動方式，占地少、無CST的漏油麻煩；節能效果明顯，無運行功率損耗；可以實現多臺驅動電機之間的功率平衡；響應速度快，調速性能好；變頻裝置為感應電機提供變化的頻率和電壓，產生優良的啟動轉矩和加速度。當然變頻也有其技術缺陷：無法實現多臺電機的分時空載啟動；變頻器的工作原理導致對電網的諧波影響；受防爆外殼的限制，功率容量一般在400 kW/1140 V以下。變頻控制本身是一個電力電子控制器，可以從零點幾馬力到幾千馬力，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。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。根據給定的S曲線啟動或停車，實現了自動跟蹤啟動或停車曲線。這種驅動方式為傳送帶啟動提供了優良的速度和轉矩控制，也能為多驅動系統提供負載均分。變頻控制器可以容易地裝在小功率傳送驅動上，但是，過去在中高電壓使用時，變頻控制的結構由于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PWM逆變器系統在數兆瓦工業傳動中近年來獲得了越來越多的應用。由3臺750 kW/2.3 kV的這種逆變器構成的變頻控制系統已經成功地安裝在成莊煤礦長
2.7km的帶式輸送機驅動系統中。
下面首先介紹一下三電平逆變器的基本工作原理。
3.1使用IGBT的中性點箝位三電平逆變器
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( HV - IGBT)的出現使得應用三電平中性點箝位拓撲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2.3~4.16 kV全范圍的應用。HV - IGBT模塊串聯可使用在3.3 kV和4.16 kV的設備。2.3 kV逆變器每個開關只需要一個HV-IGBT。
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3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。并且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電壓應力也可能減少到原來的1/2。主功率逆變電路用三電平中點箝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。圖1為輸入端帶有12脈沖二極管整流器，輸出端為三電平電壓型逆變器的主回路電路圖。
三電平中點箝位電壓型逆變器的開關狀態可歸納于表1。U，V和W分別表示三相；P，Ⅳ和0是直流母線上的3個點。例如，當開關SIU和S2u閉合時，U相處于狀態P（正母線電壓），反之，當開關S3U和S4U閉合時，U相處于狀態Ⅳ（負母線電壓）。在中性點箝位時，該相在D狀態，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0點被注入的平均電流應該是零。如表1所示。
3.2輸入端整流器
對于標準應用，通常使用12脈沖二極管整流器給直流環節電容器充電。這種拓撲在輸入端引入的諧波是很小的。如果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整流器。對于需要有再生能力的更高級應用，可以用一個有源輸入整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。這樣在整個速度控制范圍內就很容易實現極佳的恒轉矩和低的電機損耗。
3.3逆變器控制
(1)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。圖2所示為間接矢量控制框圖，通過使用PWM調制器完成了恒轉矩區和高速弱磁區的控制。在這個圖中，指令磁通是速度的函數，反饋速度和前饋滑差控制信號相加。對相加結果的頻率信號積分，然后產生單位矢量。最后通過矢量旋轉器產生電壓控制PWM調制器。
( 2) PWM調制器
要求的電壓矢量是通過使用一個精巧的PWM調制器產生的。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。其基本原理可以用規則采樣的正弦波一三角波比較的兩電平PWM來解釋。與兩電平PWM不同的是，三電平PWM調制器使用2個參考波，但只使用一個三角波。以一種優化方式確定每一次開關時刻，通過優化同時達到如下幾個目的：①使產生的諧波盡可能的小；②使用盡可能低的開關頻率以最小化開關損耗；③如在兩電平逆變器中一樣，將零序成分加到每一個參考波里以便最大化基波電壓；④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。這個可用于直流環節中點的電流平衡。
3.4測試結果
在國內煤炭行業中，大型輸送機變頻控制應用也越來越廣泛。3個750 kW/2.3 kV三電平逆變器在晉城礦務局成莊煤礦2.7 km長帶式輸送機驅動系統成功安裝之后，對整個變頻傳動系統的性能進行了測試。測試結果顯示出使用該控制系統的帶式輸送機的優良特性。所有檢測結果顯示出帶式輸送機驅動系統令人滿意的特性，并且運行中也顯示了其節能的優越性。
4、結語
近年來，大型帶式輸送機驅動控制技術的發展與進步給用戶提供更可靠、更節約成本、更高性能的傳送驅動系統選擇。在這些選擇中，變頻調速方法由于在長距離傳送驅動中的優良性能顯示出更有希望的應用前景。使用高壓IGBT的中點嵌位三電平逆變器本身就可以提供電機終端所需的供電中高壓，從而消除在過去大部分此種應用中需要的升壓變壓器，使中高壓變頻控制應用變得更簡單。
