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TD2000變頻器在尼龍紡絲中的應用
1 引言
隨著(zhù)簾子布的發(fā)展，用戶(hù)對簾子布品種的要求逐漸提高。根據市場(chǎng)需求，神馬集團實(shí)施了尼龍中細旦絲項目。在該項目中，需要對原絲齒輪泵GP111、GP112的電源及其控制系統進(jìn)行試驗改造。我們選取了深圳華為公司生產(chǎn)的TD2000通用變頻器作為電源供應裝置。
1.1 原有系統分析
原來(lái)GP111、GP112所用電源為日本明電舍THYFREC-V400紡絲專(zhuān)用變頻器，電機為永磁同步電動(dòng)機。每臺變頻器輸出的電流供給對應的１２個(gè)電氣控制柜(MCC柜)作為主電源，隨后輸向兩個(gè)區段的１２臺GP電機。電源投入后，由現場(chǎng)按鈕通過(guò)控制MCC柜內接觸器的吸合/釋放來(lái)決定齒輪泵的開(kāi)/停。由于為兩臺電動(dòng)機提供電源該變頻器容量過(guò)大，運行高，而且針對中國電網(wǎng)實(shí)際情況的實(shí)用功能較少，需要用新的變頻器進(jìn)行替代。
1.2 現有系統分析
我們采用深圳華為T(mén)D2000通用變頻器代替日本明電舍THYFREC-V400紡絲專(zhuān)用變頻器。由紡絲現場(chǎng)按鈕直接控制單臺變頻器的運行，從而帶動(dòng)齒輪泵的運轉，省卻了一些中間環(huán)節，簡(jiǎn)化了系統流程，提高了系統穩定性。尤其是一臺變頻器控制一臺電動(dòng)機的方式,使控制更加方便，有利于進(jìn)行工藝參數的調整與小范圍的試驗。
2 TD2000變頻器特點(diǎn)及應用
TD2000通用變頻器調速系統原理框圖, 如圖1所示。
具有高品質(zhì)、多功能、低噪音的特點(diǎn)，設計緊湊、安裝靈活。具有空間電壓矢量控制技術(shù)，停電再啟動(dòng)、自動(dòng)電壓調整、死區補償、自動(dòng)轉差補償、節能運行、
圖1 TD2000變頻調速系統原理框圖
內置PI等功能，可提供高品質(zhì)控制。
2.1 停電再啟動(dòng)
在變頻器運轉過(guò)程中，由于電網(wǎng)波動(dòng)等原因，有時(shí)會(huì )出現瞬時(shí)停電現象。明電舍THYFREC-V400變頻器往往顯示故障指示并自動(dòng)停止運行,此時(shí)需要按下現場(chǎng)該變頻器所對應的所有電機停止按鈕，然后重新起動(dòng)變頻器，再依次啟動(dòng)GP電機,這樣做往往費時(shí)較長(cháng)。TD2000變頻器具有瞬間停電再啟動(dòng)功能。當電網(wǎng)瞬間停電后變頻器會(huì )自行啟動(dòng)，控制電機運轉，減少故障處理時(shí)間。
2.2 現場(chǎng)/變頻器兩種方式控制電動(dòng)機的啟動(dòng)/停止
在明電舍THYFREC-V400變頻器中，變頻器的啟動(dòng)/停止不受現場(chǎng)控制。變頻器啟動(dòng)、運行到設定值后，打開(kāi)變頻器對應的MCC控制柜空氣開(kāi)關(guān)，然后依次啟動(dòng)現場(chǎng)按鈕，使MCC柜內的接觸器吸合，從而啟動(dòng)電機。而TD2000變頻器具有遠端控制變頻器功能，它設定了3種不同的方式:
(1) 兩線(xiàn)控制模式1
(2) 兩線(xiàn)控制模式2
(3) 三線(xiàn)控制模式
我們采用三線(xiàn)式運轉模式，并且令K=0，這樣，只要變頻器帶電，
圖2 三線(xiàn)式運轉模式
現場(chǎng)隨時(shí)可以啟動(dòng)變頻器，如圖2所示。
2.3 節能運行
TD2000變頻器設定了節能運行功能，如圖3所示。電機在正常V/F設定后(一般負載為線(xiàn)①，平方轉矩負載為線(xiàn)②)，變頻器通過(guò)檢測負載電流發(fā)現負載處在輕載運行過(guò)程中時(shí)，會(huì )適當調整輸出電壓(如①號線(xiàn)變?yōu)棰厶柧�(xiàn))，
圖3 節能運行時(shí)V/F曲線(xiàn)
使輸出功率降低，達到節能的目的。
① 一般負載時(shí)V/F曲線(xiàn)
② 平方轉矩負載時(shí)V/F曲線(xiàn)Fb
③ 節能運行時(shí)V/F曲線(xiàn)
2.4 轉矩提升
在異步電動(dòng)機變頻調速系統中，在低頻段，由于電阻、漏電抗的影響不容忽略，若仍保持V/F為常數，則磁通將減小，進(jìn)而減小了電機的輸出轉矩，為此，在低頻段要對電壓進(jìn)行適當補償以提升轉矩。但是，當電壓補償過(guò)大時(shí)，將會(huì )造成電動(dòng)機鐵心的飽和，增加勵磁電流，從而引起電動(dòng)機過(guò)載。TD2000變頻器具有手動(dòng)提升和自動(dòng)提升功能。在調試變頻器時(shí)，電動(dòng)機出現了啟動(dòng)困難現象。我們分析問(wèn)題在于電機的啟動(dòng)轉矩不足。為補償定子阻抗壓降，提高電機低頻轉矩特性，在變頻器低頻工作區提高輸出電壓，進(jìn)行轉矩提升補償,以便于帶較大負荷啟動(dòng)，我們先后調整了轉矩提升電壓參數和控制選擇參數，并進(jìn)行了反復試驗。調整以后，我們測定電機運轉平穩。如圖4所示。
圖4 自動(dòng)/手動(dòng)轉矩提升補償
2.5 運行控制方式多樣性
TD2000變頻器具有三種運行控制方式:電氣控制室變頻器操作面板控制;由現場(chǎng)按鈕通過(guò)變頻器的控制端子進(jìn)行控制;上位機串口控制(RS232接口)，用于實(shí)現電機啟動(dòng)、停止、正轉、反轉、點(diǎn)動(dòng)等功能�？刂品绞蕉�、方便靈活。此外，TD2000變頻器還有防反轉功能。
2.6 豐富的顯示功能
TD2000變頻器提供四位數碼顯示、中文液晶顯示、外接儀表顯示。能夠顯示出設定頻率、輸出頻率、輸出電壓、輸出電流、電機轉速、負載線(xiàn)速度等參數，便于運行監控。
此外，TD2000變頻器還能顯示最近一次故障時(shí)的變頻器母線(xiàn)電壓、輸出電流、運行頻率以及近三次故障類(lèi)型，為迅速及時(shí)的處理故障提供了依據。
2.7 功率器件
TD2000變頻器用IGBT作為功率器件，具有波形好，頻率高，噪聲低，體積小，壽命長(cháng)的特點(diǎn)，在控制方法上，采用無(wú)反饋量控制技術(shù)控制永磁同步電動(dòng)機，特別是在過(guò)負荷方面有較大改進(jìn)，150％負荷為1分鐘，200%負荷為30秒，非常適合原絲齒輪泵。另外，該變頻器還具有自保護功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。
3 幾種主要參數的設定
3.1 加速時(shí)間的設定
卷繞用電動(dòng)機為永磁同步電動(dòng)機，啟動(dòng)電流為正常運行電流的10倍左右。從減小電動(dòng)機的啟動(dòng)電流的角度來(lái)說(shuō)，加速時(shí)間應設定的較長(cháng)一些，但加速過(guò)程屬于過(guò)渡過(guò)程，時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )浪費時(shí)間，影響工作效率。所以，設定加速時(shí)間的基本原則是，在電動(dòng)機的啟動(dòng)電流不超過(guò)允許值的前提下，盡可能縮短加速時(shí)間。經(jīng)計算和試驗，我們設定加速時(shí)間為30s。
3.2 減速時(shí)間的設定
在頻率下降過(guò)程中，電動(dòng)機將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，使電動(dòng)機的轉速迅速地隨頻率而下降。如果減速時(shí)間過(guò)短，電動(dòng)機轉速的下降將跟不上同步轉速的下降，將使直流電路通過(guò)制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元放電的速度有可能跟不上，從而導致直流電路的過(guò)電壓。設定減速時(shí)間的主要考慮因素是拖動(dòng)系統的慣性。我們將減速時(shí)間設定為30s。
4 應用時(shí)的注意事項
4.1 變頻器選型時(shí)只能選用TD 2000系列。由于電動(dòng)機為永磁同步電動(dòng)機，TD3000系列雖然性能更好，但是不支持同步電動(dòng)機。
4.2 GP電機功率在30Hz時(shí)只有0.87KW，然而啟動(dòng)電流卻達到63A,啟動(dòng)電流相當大，變頻器選型時(shí)不能按常規進(jìn)行選型，容量要放大，要以電流為標準。
4.3設定轉矩提升值時(shí)，要逐步提高設定值，不要大幅度改變。一般比出廠(chǎng)值稍大。
4.4運行中變頻器跳閘顯示CPU故障
當變頻器顯示為CPU故障時(shí)，一定要樹(shù)立一個(gè)概念:CPU故障不等于CPU壞。
CPU故障產(chǎn)生的原因有以下幾個(gè)方面:
(1) 外來(lái)干擾造成誤動(dòng)作
(2) 設定數據出現異常
(3) 由于溫度等原因造成誤動(dòng)作
(4) 主控板CPU芯片損壞
出現CPU故障時(shí)，可以按照下列步驟進(jìn)行故障排除:
(1) 按復位鍵進(jìn)行復位。
(2) 如果仍顯示CPU故障，關(guān)斷變頻器，稍候再啟動(dòng)變頻器。
(3) 如故障依舊，證明CPU板已壞，更換新板。更換新板后，應仔細對照檢查全部參數無(wú)誤后才能啟動(dòng)變頻器。
調試完畢正常運行時(shí)，各種故障一般情況下復位后變頻器即可正常運行。
5 效益分析
(1) 原絲齒輪泵GP111、GP112的電源及其控制系統進(jìn)行試驗改造后，這兩錠生產(chǎn)的原絲單價(jià)提高了1.6萬(wàn)元/噸，在去除改造成本的情況下，全年可多產(chǎn)生效益350.4萬(wàn)元。尤其是這次改造的成功為下一步的大規模改造提供了可行性依據和技術(shù)基礎，為集團公司盈利能力的迅速提高展現了美好的前景。
(2) TD2000變頻器的應用取得成功，改變了神馬實(shí)業(yè)紡絲電機全部采用紡絲專(zhuān)用變頻器的狀況，說(shuō)明目前的通用變頻器完全可以取代原來(lái)大部分紡絲專(zhuān)用變頻器。
(3) TD2000變頻器以小容量國產(chǎn)通用變頻器代替大容量進(jìn)口紡絲專(zhuān)用變頻器，為以后的紡絲、卷繞改造提供了新的思路。其一臺變頻器帶動(dòng)一臺GP電機的方式，為原絲小批量試驗性技術(shù)改造提供了更為靈活的條件。
6 結束語(yǔ)
TD2000變頻器替代日本明電舍THYFREC-V400紡絲專(zhuān)用變頻器投入使用一年來(lái)運行良好，其優(yōu)良的性能在生產(chǎn)中得到了很好的發(fā)揮，降低了運行成本，提高了經(jīng)濟效益。隨著(zhù)新型變頻器向著(zhù)功能更加強大，系統更加穩定，模塊化更強的方向發(fā)展，它的使用也將更加廣泛。
參考文獻
[1] TD2000系列變頻器用戶(hù)手冊[M]. 華為電氣,
[2] 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊[M]. 北京:出版社
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