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1、 概述

皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，設備結構簡單、易于維護，能方便地實現程序化和自動化控制。運用輸送帶的連續與間歇性運動來輸送固態物料、顆狀物品，其運行速度高、平穩，噪音低，并可以對輸送物料的位置達成上下高低傳送。

皮帶輸送機工作原理：

皮帶輸送機主要由機架主體、電氣傳動機構、輸送帶、托輥、滾筒、張緊裝置、機械減速裝置等組成。根據用途可分為：重型皮帶輸送機和輕型皮帶輸送機。根據結構形式又可分為：槽形輸送機和V型輸送機、平輥輸送機還有滾筒式皮帶運輸機。它可以將物料在一定的輸送線上進行連續的輸送運輸。帶式輸送機既可以進行碎散物料的輸送，也可以用來成件物品的輸送。除進行純粹的物料輸送外，還可以與各工業企業生產流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節奏的流水作業運輸，皮帶輸送機又稱帶式輸送機、膠帶輸送機，是一種以摩擦驅動方式連續運輸物料的機械。具有適應性強、阻力小、壽命長、維修方便、保護裝置齊全等顯著特點。

皮帶輸送機適用范圍：

可以用于水平運輸或傾斜運輸，使用非常方便，普遍應用于現代化的各種工業企業中，如：礦山的井下巷道、礦井地面運輸系統、露天采礦場及選礦廠中。根據輸送工藝要求，可以單臺輸送，也可多臺組成或與其他輸送設備組成水平或傾斜的輸送系統，以滿足不同布置形式的作業線需要。已成為整個行業生產環節中的重要設備之一。

2、行業背景

成都大宏立機器股份有限公司位于四川大邑工業園區，是一家從事砂石裝備制造和制造服務的上市公司，為客戶提供砂石成套生產線、環保智能砂石破碎工廠和綠色材料科技園三類產品，同時也有大量皮帶輸送機設備的生產與銷售和服務。我們公司與該公司屬戰略合作單位，在以往的皮帶輸送機系統中。

常用的啟動方式有：軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置、近年采用了變頻啟動方式。  

大宏立機器公司生產的皮帶運輸機：TDY系列

TD系列大型皮帶運輸機

該單位在與我公司合作之前，輸送機設備與破碎機設備啟動方式均采用較為傳統的：軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動、的啟動方式，少量設備使用了變頻啟動。

常見帶式輸送機傳動機構分布圖 

2、1原有啟動方式的常見問題

業內常用的電動機啟動方式主要有以下5種：全壓直接啟動、Y-Δ啟動、自耦減壓啟動、軟啟動器啟動、變頻啟動

降壓啟動有、星/三角和自耦降壓啟動，缺點是啟動力矩小，僅適用于無載或輕載啟動。

軟啟動、可以設置啟動時間和啟動初始力矩對設備實現軟啟動與軟停止，并能限制啟動電流。

變頻啟動、能根據設定時間平滑啟動，啟動參數可調，各項保護功能與自控功能豐富，并讓設備運行在設定頻率

帶式輸送機行業采用的啟動方式有軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置等方式，雖然能得到對設備的啟動與常規控制，但在設備長期應用過程中，用戶與設備制造商也發現上述幾種啟動運行方式存在許或多或少的題：1、不同的系統應用繁瑣程度不一2、啟動對電網與設備的沖擊較大3、啟動設備時的保護功能較為薄弱4、智能化控制水平較低等。

為了解決在該業的多電機啟動與工頻切換問題，我們公司與大宏立機器股份有限公司公司的設計團隊，進行長期的研究與探討，最終我們建議使用變頻電磁軟啟一拖多控制方案，能完美的解決目前類似設備的多電機啟動，工變頻切換，轉速跟蹤等啟動問題。

3、設計方案的實施

系統采用希望森蘭Hope400系列電磁軟啟，Hope400系列電磁軟起動裝置是最新一代用于電機驅動的一種變頻機構裝置，與傳統的固態軟起動裝置相比，起動力矩更大，起動電流只有傳統軟啟動的三分之一，起動過程平滑，對負載無沖擊，廣泛用于大功率壓縮機、皮帶機、破碎機、大功率水泵、風機類等重載設備起動，并在電力、冶金、石油、化工、建材、市政、輕工業等多行業領域應用。

變頻電磁軟啟性能介紹：

1、起動力矩大，能夠輸出150%的起動力矩;

2、起動電流小:起動電流小于120%的額定電流;

3、穩定可靠:起動平滑，對負載無沖擊;

4、無擾投切:通過鎖相環技術，實現起動后無擾動切換;

5、性價比高:體積小、重量輕、性價比高;

6、長壽命:能夠滿足電機連續起動需求，起動次數不受限制，延長了電機壽命;

7、功能兼容:不需要改變原有固態軟起動裝置邏輯，與原系統完全兼容;

8、行業標桿:國內首家推出低壓變頻電磁軟啟動裝置;

Hope400S系列變頻電磁軟起

通過利用希望森蘭Hope400系列電磁軟起結合PLC系統進行邏輯控制，達成帶式輸送機在多電機啟動時實現多機啟動，工變頻切換，轉速跟蹤啟動等功能，主要構成電路如下。

變頻電磁軟啟一拖一典型控制方案如圖所示 

變頻電磁軟啟的工變頻切換方式與原理：

希望森蘭Hope400系列變頻電磁軟啟的工變頻切換過程，與多年前我們在其他行業（大多在水泵一拖多中應用）的變頻甩工頻切換方式既然不同。

上述一臺變頻器一拖多變頻切工頻應用的切換方式為：變頻器啟動電動機達到50Hz或設定頻率后，通過內部簡易PLC與IPD的檢測運輸回饋再進行邏輯控制，將變頻工作回路的電動機投切到工頻，從而達到一臺變頻器一拖多的啟動效果，只需一臺電動機保持變頻調速調節負荷量工作。

優點：能實現對負載一拖多的自動投切，能達到無人值守滿足用戶工藝需求。

缺點：也這種切換方式最致命的弊端，由于是變頻器工作到50Hz或指定到達頻率后，通過接觸器旁路方式直接投切到工頻，這種投切方式相當于直接把電動機甩到工頻電網，對電網和電氣設備的沖擊非常大，甚至有時候沖擊電流會大于直接啟動電流（電動機在慣性運轉處于發電狀態，工頻投入時相序與相位很難100%匹配）所以對電網和設備的沖擊非常大。

變頻電磁軟啟的工作原理截然不同，通過自身軟硬件達到先變頻啟動再投入工頻并聯運行，再斷開變頻輸出，真正實現了對電網和設備的無擾投切功能。

工作流程如上圖所示：空氣開關合上為變頻和工頻回路送電，KM3吸合變頻器得電，變頻器啟動。此時變頻器內部I/O擴展模塊檢測工頻電網的相序與相位為工頻投入并聯運行做準備，當變頻機構工作達到50Hz，KM2吸合讓工頻與變頻同事并網帶動負載。待負載工作穩定后變頻器裝置斷開，從而實現工變頻的無擾投切流程。

目前在行業內三相交流異步電機軟起動裝置大多數還以軟啟動器為主，軟啟動器裝置對電機起動電流有一定局限性，但通常起動電流在電機額定電流的2~3倍以上。當用戶前變壓器容量較小，或起動過程中電機不允許有較大振動，起動后運行在50Hz(工頻)時，采用變頻電磁起動方式為最佳選擇，為了進一步降低能耗，提高系統可靠性，變頻電磁軟起動裝置，可以滿足用戶類似的需求。 

集合上述變頻電磁軟起動裝置的功能，與成都大宏立機器公司研發團隊一起，我們開發出一套完整的，變頻電磁軟一拖多工變頻切換控制系統，可實現工變頻無擾投切的控制方案及圖紙，目前已用于各類礦山與工廠物料輸送設備。

變頻電磁軟啟裝置主供電圖

帶式輸送機電動機主電路1-1

帶式輸送機電動機主電路1-2

變頻電磁軟啟參數設置一覽表

輸送機系統工作流程描述：

以上為五條帶式輸送生產線示意圖，其中每條線可獨立啟動運行，共用了2臺55KW與3臺45KW電機驅動。1-2號線協同一個工作段位運行，3-4號線協同另一個工作段位運行，5號線獨立工位運行，其整個電路控制需要實現一臺變頻電磁軟啟，分別啟動這5臺設備后進行無擾投切到工頻再帶載運行。

設備啟動注意事項：根據生產工藝流程及控制部分設計原理，必須在每條線每臺電機啟動后再能啟動下一臺電機，不能同時啟動多臺電機，二次控制電路中有PLC參與程序控制，也寫入了相關設備互鎖關聯保護程序，保證軟硬件都能達成電機點對點啟動。（不能同時啟動多臺電機的要求）

以一號生產線的啟動流程為例：要求首先變頻電磁軟啟將輸送機1的電動機以變頻模式啟動到工頻達到50Hz后，再將電機輸出端切換到工頻電路，此時變頻電磁軟啟裝置處于閑置狀態，再啟動輸送機2工段的電機，第二臺電機啟動完畢后再投切到工頻，此時變頻電磁軟啟閑置，一號生產線的啟動流程完成，即可加載投入生產。

工作中變頻電磁軟啟會通過自身軟硬件功能，檢測輸出到電動機三相電流的相序與相位進行存儲，在通過數字I/O擴展模塊，檢測此時工頻三相電源的相序與相位進行讀取，在2秒內就可完成兩組數據信息的讀取與對比，變頻機構輸出50Hz并穩定運行短暫時間后，機構將立即進入變頻切換工頻狀態，工頻電路中的接觸器吸合與變頻機構輸出并聯運行（變頻機構在工頻接觸器合并接入前必須將自身的相序與相位角度100%與工頻電源相序相位角度重疊，其目的是實現對工變頻切換時的勿擾動投切，同時也保證了變頻器機構硬件電路不造成沖擊導致主器件損壞）

二號生產線、三號生產線都采用相同的啟動模式達成，這樣整條生產線的電機啟動流程就完成，工廠的輸送系統全部開啟。

電路中的注意事項：

1、不能同時啟動多臺電機。

2、每臺電機工頻輸入側必須加裝綜合保護裝置(熱保護器）

3、單臺電機能獨立檢測運行電流。

4、變頻電磁軟啟選型一定要大于系統中功率最大的一臺電機功率

5、在電路中最好增加一套相序保護裝置，能精準判斷電源輸入是否缺相。

6、保護電路中電機故障檢測點能獨立體現是那一臺電機故障（方便檢修）

7、操作機構要做出每臺電機運行狀態的指示（工頻與變頻運行狀態的指示）

操作臺面控制機構的布局

4、效果與優劣勢分析

通過上述內容我們對此用法的實際現場反饋，總結了對該應用的如下優缺點

優點：

A、降低電力系統總投資，提高系統綜合能源使用效率，對電網容量要求小，降低整個系統使用成本、

B、解決了多臺電機啟動難問題，采用軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動對設備與電網的沖擊，變頻電磁軟啟啟動不受次數限制、

C、傳統的軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置，是一種降轉矩的起動方式，起動力矩小，起動電流大，不利于滿足重載起動需求;而采用電磁軟起動裝置，很好的解決了上述問題、

D、變頻電磁軟起動裝置起動完成，可以完全退出運行，啟動效率高，與變頻器應用解決方案相比，對電網沒有任何諧波污染、

缺點：

雖然從經濟角度看設備總投入是有大幅度降低，但不能對每臺電機同時實現變頻啟動與變頻調速控制、也是一大遺憾，目前在機械傳動行業利用變頻調速器啟動調速運行的案例比比皆是，也得到業內應用的肯定認可。

5、結束語

隨著電力電子技術的迅速發展，變頻調速的技術已非常成熟，變頻調速及啟動裝置已廣泛應用在各行各業驅動與傳動控制領域中，它啟動平滑的調速優勢，高可靠性，啟動轉矩大，高控制精度，且能達到節能效果，提高設備自動化控制水平等優點，在電氣傳動控制行業中得到了很好的應用體驗，已取代了大多數傳統的啟動與調速方式，在一定的程度上提高了設備的自動化水平，有效降低系統的能耗及機械的維護成本，延長設備使用壽命，變頻調速裝置的應用推動了整個電氣傳動行業的發展。

參考文獻：

1、《變頻器應用基礎》2011年機械工業出版社出版     作者：石秋潔

2、《變頻器技術及應用》2021年機械工業出版社出版   作者：姜慧 、張虹

3、《Hope400S電磁軟起用戶手冊》                   希望森蘭科技股份有限公司