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    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(jī)中的應(yīng)用，克服了原系統(tǒng)的缺點(diǎn)，完善了系統(tǒng)功能，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
 
    滌綸短絲牽伸聯(lián)合機(jī)的工作原理及原設(shè)計(jì)的缺陷

    滌綸短絲牽伸聯(lián)合機(jī)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(jī)械，各單元機(jī)之間的運(yùn)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(jī)、卷曲機(jī)傳動電機(jī)處于電動工作狀態(tài)，而第一牽伸機(jī)、第二牽伸機(jī)傳動電機(jī)處于發(fā)電工作狀態(tài)，也即控制第一牽伸機(jī)、第二牽伸機(jī)傳動電機(jī)使其完成四象限運(yùn)行。
 
    傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是由一臺變頻器控制一臺大功率電機(jī)通過機(jī)械長邊軸拖動四臺單元機(jī)，其問題是：
 
    （1）機(jī)械長邊軸安裝調(diào)整困難，靠機(jī)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(jī)運(yùn)行參數(shù)無法準(zhǔn)確獲得；

    （3）難以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)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(jī)示意圖

    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(jī)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(jìn)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(diǎn)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(jī)在電動或制動時(shí)的最大能量，一般情況下可以額定負(fù)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(jī)制動時(shí)的最大電流來定，一般情況下可以選額定負(fù)載的120%電流。

    控制功能的實(shí)現(xiàn)

    3．1  EV3000變頻器的特點(diǎn)

    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(jī)的磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實(shí)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(jìn)行寬范圍的調(diào)速運(yùn)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(hù)功能，支持應(yīng)急運(yùn)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(yùn)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(shí)際運(yùn)行中可根據(jù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)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(jī)變頻器的啟停均由“變頻器無故障”、“牽伸機(jī)油泵開”、“電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)開”、“電機(jī)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(jī)速度控制

    聯(lián)合機(jī)速度控制以第三牽伸機(jī)的速度為基準(zhǔn)，通過設(shè)定相鄰單元機(jī)之間的倍率關(guān)系，PLC通過運(yùn)算后由PROFIBUS總線將速度信號送給相應(yīng)變頻器；運(yùn)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(shí)現(xiàn)，大大方便了操作人員修改參數(shù)和監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況。

    3．5變頻器主要參數(shù)設(shè)置

    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(gè)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(diǎn)

    當(dāng)一臺單元機(jī)處于電動，另一臺處于逆變狀態(tài)時(shí)，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(shí)現(xiàn)能量的回饋互補(bǔ)，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(gè)進(jìn)行制動，比單個(gè)傳動單獨(dú)使用制動單元更經(jīng)濟(jì)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。
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(jī)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了：

    （1）一臺變頻器拖動一臺單元機(jī)電機(jī)，可以準(zhǔn)確檢測各單元機(jī)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，使聯(lián)合機(jī)系統(tǒng)的控制和保護(hù)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(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)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(xiàn)

    （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(jī)械有限公司化纖研究所電氣高級工程師，主要從事化纖機(jī)械的電氣自動控制設(shè)計(jì)工作。