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案例頻道 摘要：本文介紹了艾默生CT EV3000變頻器及其公用直流母線在滌綸短絲牽伸聯(lián)合機中的應(yīng)用，克服了原系統(tǒng)的缺點，完善了系統(tǒng)功能，提高了經(jīng)濟效益。
1． 滌綸短絲牽伸聯(lián)合機的工作原理及原設(shè)計的缺陷
滌綸短絲牽伸聯(lián)合機示意圖如圖1所示，它是一種完成滌綸化學(xué)纖維牽伸卷曲成型的多單元傳動的化纖聯(lián)合機械，各單元機之間的運行速度保持一定的比率關(guān)系，從而完成化學(xué)纖維牽伸卷曲成型。第三牽伸機、卷曲機傳動電機處于電動工作狀態(tài)，而第一牽伸機、第二牽伸機傳動電機處于發(fā)電工作狀態(tài)，也即控制第一牽伸機、第二牽伸機傳動電機使其完成四象限運行。
傳統(tǒng)設(shè)計是由一臺變頻器控制一臺大功率電機通過機械長邊軸拖動四臺單元機，其問題是：（1）機械長邊軸安裝調(diào)整困難，靠機械無級變速器調(diào)節(jié)牽伸倍率精度差，不直觀；（2）單臺電機運行參數(shù)無法準(zhǔn)確獲得；（3）難以實現(xiàn)四象限運行，從而很難適應(yīng)較大牽伸倍率的需要。
圖1 滌綸短絲牽伸聯(lián)合機示意圖
2． 系統(tǒng)組成
控制系統(tǒng)組成如圖2所示，系統(tǒng)由艾默生CT EV3000矢量型變頻器、斬波制動器、制動電阻器、接觸器K1、K2、K3、K4及一些快熔組成。四臺變頻器的直流輸出相互連接構(gòu)成公用直流母線，提供能量在傳動直流母線流動的通路，使聯(lián)合機的同步及制動控制更為靈活、方便。
圖2 控制系統(tǒng)組成示意圖
為確保變頻器上電后順利地掛上DC母線，或是在變頻器故障后快速地與DC母線斷開以進一步縮小變頻器故障范圍，使用在該場合的變頻器必須要有信號24VDC或干觸點信號輸出，其輸出信號至少包括：（1）READY信號：該信號輸出有效則表示變頻器無故障，母線電壓正常，可以接受啟動命令；（2）FAULT信號：該信號輸出表示變頻器故障。母線上的半導(dǎo)體快速熔斷器，額定電壓通常可選700VDC，如Bussman的FWP系列或Gouldshawmut的A70P系列，額定電流必須考慮到驅(qū)動電機在電動或制動時的最大能量，一般情況下可以額定負載的125%電流即可。K為直流接觸器，如ABB的EHDB系列，額定電壓650VDC，其額定電流同樣須根據(jù)驅(qū)動電機制動時的最大電流來定，一 般情況下可以選額定負載的120%電流。
3． 控制功能的實現(xiàn)
3．1 EV3000變頻器的特點
EV3000系列變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪聲的矢量控制通用變頻器，通過對電機的磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的調(diào)速運行和轉(zhuǎn)矩控制。具有過壓、過流、缺相、過熱、過載、編碼器斷線等故障保護功能，支持應(yīng)急運行。
3．2 控制原理
控制原理框圖如圖3所示。其原理是（1）速度給定信號由PLC通過運算后由PROFIBUS總線送給各單元變頻器；（2）利用變頻器內(nèi)置PID功能完成PI調(diào)節(jié)，在實際運行中可根據(jù)運行情況適當(dāng)改變；（3）編碼器選用日本光洋高可靠性集電極開路輸出型旋轉(zhuǎn)編碼器，1000P/R，從而實現(xiàn)閉環(huán)運行。
圖3 控制原理框圖
3．3 變頻器的啟停控制
變頻器的啟停控制的啟停控制的邏輯圖如圖四所示，各單元機變頻器的啟停均由“變頻器無故障”、“牽伸機油泵開”、“電機冷卻風(fēng)機開”、“電機脫離制動”、“系統(tǒng)已啟動”五路信號控制，五路信號的邏輯控制由PLC完成，再由PLC輸出信號控制各單元變頻器。
圖４ 控制原理圖
3．4 聯(lián)合機速度控制
聯(lián)合機速度控制以第三牽伸機的速度為基準(zhǔn)，通過設(shè)定相鄰單元機之間的倍率關(guān)系，PLC通過運算后由PROFIBUS總線將速度信號送給相應(yīng)變頻器；運行速度、倍率參數(shù)的設(shè)定、顯示均在西門子TP177A觸摸屏上實現(xiàn)，大大方便了操作人員修改參數(shù)和監(jiān)視設(shè)備運行情況。
3．5變頻器主要參數(shù)設(shè)置
功能碼 設(shè)定參數(shù) 備注
F0.02 1 控制方式為閉環(huán)控制方式
F0.03 6 頻率設(shè)定方式為通訊給定
F0.05 1 運行命令為端子控制
F0.10 10S 加速時間設(shè)定
F0.11 10S 減速時間設(shè)定
F5.11 0 變頻器準(zhǔn)備就緒
F9.00 4:19200bps 波特率選擇
F9.01 0 數(shù)據(jù)格式
F9.03 4 PPO模式選擇
4 EV3000公用直流母線
4．1 EV3000公用直流母線
將電壓型變頻器的二極管整流橋的直流輸出端之間連接起來,輸入到逆變部分,這種配置稱為公用直流母線。EV3000公用直流母線是將多個EV3000變頻器的直流輸出相互連接形成公用直流母線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)配置，其作用是提供能量在傳動直流母線間流動的通路，使一部分處于電動狀態(tài)而另一部分處于逆變狀態(tài)，系統(tǒng)的應(yīng)用更為靈活方便。
4．2 公用直流母線的優(yōu)點
當(dāng)一臺單元機處于電動，另一臺處于逆變狀態(tài)時，由于公用直流母線的作用，可使能量在傳動直流母線間流通，實現(xiàn)能量的回饋互補，優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)特性，由于使用公用直流母線可采用單一制動器對多個進行制動，比單個傳動單獨使用制動單元更經(jīng)濟且維修方便。公用直流母線的中間直流電壓恒定，電容儲存并聯(lián)容量大，可以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電網(wǎng)諧波電流，提高系統(tǒng)用電效率。
5 結(jié)束語
EV3000變頻器及其公用直流母線在滌綸短絲牽伸聯(lián)合機中的應(yīng)用，實現(xiàn)了：（1）一臺變頻器拖動一臺單元機電機，可以準(zhǔn)確檢測各單元機電機運行狀態(tài)參數(shù)，使聯(lián)合機系統(tǒng)的控制和保護性能更完善；（2）調(diào)速系統(tǒng)可靠性高、控制靈活、操作方便；（3）實現(xiàn)四象限運行，能適應(yīng)較大牽伸倍率的需要；（4）公用直流母線的使用，優(yōu)化了系統(tǒng)動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
參 考 文 獻
（1）艾默生CT EV3000高性能矢量控制變頻器用戶手冊。
（1）艾默生CT EV3000高性能矢量控制變頻器用戶手冊。
（2）李方圓著《淺談變頻器的兩種制動方式》。
[作者簡介] 夏旺平: 湖南邵陽紡織機械有限公司化纖研究所電氣高級工程師，主要從事化纖機械的電氣自動控制設(shè)計工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號