TD2000變頻器在尼龍紡絲中的應(yīng)用

1  引言

    隨著簾子布的發(fā)展，用戶對簾子布品種的要求逐漸提高。根據(jù)市場需求，神馬集團實施了尼龍中細(xì)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(tǒng)進行試驗改造。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(yīng)裝置。

1.1 原有系統(tǒng)分析
    原來GP111、GP112所用電源為日本明電舍THYFREC-V400紡絲專用變頻器，電機為永磁同步電動機。每臺變頻器輸出的電流供給對應(yīng)的１２個電氣控制柜(MCC柜)作為主電源，隨后輸向兩個區(qū)段的１２臺GP電機。電源投入后，由現(xiàn)場按鈕通過控制MCC柜內(nèi)接觸器的吸合/釋放來決定齒輪泵的開/停。由于為兩臺電動機提供電源該變頻器容量過大，運行高，而且針對中國電網(wǎng)實際情況的實用功能較少，需要用新的變頻器進行替代。

1.2 現(xiàn)有系統(tǒng)分析
    我們采用深圳華為TD2000通用變頻器代替日本明電舍THYFREC-V400紡絲專用變頻器。由紡絲現(xiàn)場按鈕直接控制單臺變頻器的運行，從而帶動齒輪泵的運轉(zhuǎn)，省卻了一些中間環(huán)節(jié)，簡化了系統(tǒng)流程，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。尤其是一臺變頻器控制一臺電動機的方式,使控制更加方便，有利于進行工藝參數(shù)的調(diào)整與小范圍的試驗。

2　TD2000變頻器特點及應(yīng)用

    TD2000通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)原理框圖,  如圖1所示。
    具有高品質(zhì)、多功能、低噪音的特點，設(shè)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、自動電壓調(diào)整、死區(qū)補償、自動轉(zhuǎn)差補償、節(jié)能運行、

圖1   TD2000變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

內(nèi)置PI等功能，可提供高品質(zhì)控制。

2.1 停電再啟動
   在變頻器運轉(zhuǎn)過程中，由于電網(wǎng)波動等原因，有時會出現(xiàn)瞬時停電現(xiàn)象。明電舍THYFREC-V400變頻器往往顯示故障指示并自動停止運行,此時需要按下現(xiàn)場該變頻器所對應(yīng)的所有電機停止按鈕，然后重新起動變頻器，再依次啟動GP電機,這樣做往往費時較長。TD2000變頻器具有瞬間停電再啟動功能。當(dāng)電網(wǎng)瞬間停電后變頻器會自行啟動，控制電機運轉(zhuǎn)，減少故障處理時間。

2.2 現(xiàn)場/變頻器兩種方式控制電動機的啟動/停止
    在明電舍THYFREC-V400變頻器中，變頻器的啟動/停止不受現(xiàn)場控制。變頻器啟動、運行到設(shè)定值后，打開變頻器對應(yīng)的MCC控制柜空氣開關(guān)，然后依次啟動現(xiàn)場按鈕，使MCC柜內(nèi)的接觸器吸合，從而啟動電機。而TD2000變頻器具有遠端控制變頻器功能，它設(shè)定了3種不同的方式:
(1) 兩線控制模式1
(2) 兩線控制模式2
(3) 三線控制模式
我們采用三線式運轉(zhuǎn)模式，并且令K=0，這樣，只要變頻器帶電，

圖2   三線式運轉(zhuǎn)模式

現(xiàn)場隨時可以啟動變頻器，如圖2所示。

2.3 節(jié)能運行
    TD2000變頻器設(shè)定了節(jié)能運行功能，如圖3所示。電機在正常V/F設(shè)定后(一般負(fù)載為線①，平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載為線②)，變頻器通過檢測負(fù)載電流發(fā)現(xiàn)負(fù)載處在輕載運行過程中時，會適當(dāng)調(diào)整輸出電壓(如①號線變?yōu)棰厶柧�)，

圖3   節(jié)能運行時V/F曲線

使輸出功率降低，達到節(jié)能的目的。
① 一般負(fù)載時V/F曲線
② 平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載時V/F曲線Fb
③ 節(jié)能運行時V/F曲線 

    
2.4 轉(zhuǎn)矩提升
    在異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)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(shù)，則磁通將減小，進而減小了電機的輸出轉(zhuǎn)矩，為此，在低頻段要對電壓進行適當(dāng)補償以提升轉(zhuǎn)矩。但是，當(dāng)電壓補償過大時，將會造成電動機鐵心的飽和，增加勵磁電流，從而引起電動機過載。TD2000變頻器具有手動提升和自動提升功能。在調(diào)試變頻器時，電動機出現(xiàn)了啟動困難現(xiàn)象。我們分析問題在于電機的啟動轉(zhuǎn)矩不足。為補償定子阻抗壓降，提高電機低頻轉(zhuǎn)矩特性，在變頻器低頻工作區(qū)提高輸出電壓，進行轉(zhuǎn)矩提升補償,以便于帶較大負(fù)荷啟動，我們先后調(diào)整了轉(zhuǎn)矩提升電壓參數(shù)和控制選擇參數(shù)，并進行了反復(fù)試驗。調(diào)整以后，我們測定電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。如圖4所示。

圖4   自動/手動轉(zhuǎn)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(xiàn)場按鈕通過變頻器的控制端子進行控制;上位機串口控制(RS232接口)，用于實現(xiàn)電機啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動等功能�？刂品绞蕉�、方便靈活。此外，TD2000變頻器還有防反轉(zhuǎn)功能。

2.6 豐富的顯示功能
    TD2000變頻器提供四位數(shù)碼顯示、中文液晶顯示、外接儀表顯示。能夠顯示出設(shè)定頻率、輸出頻率、輸出電壓、輸出電流、電機轉(zhuǎn)速、負(fù)載線速度等參數(shù)，便于運行監(jiān)控。
    此外，TD2000變頻器還能顯示最近一次故障時的變頻器母線電壓、輸出電流、運行頻率以及近三次故障類型，為迅速及時的處理故障提供了依據(jù)。

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，壽命長的特點，在控制方法上，采用無反饋量控制技術(shù)控制永磁同步電動機，特別是在過負(fù)荷方面有較大改進，150％負(fù)荷為1分鐘，200%負(fù)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。

3  幾種主要參數(shù)的設(shè)定
3.1 加速時間的設(shè)定
    卷繞用電動機為永磁同步電動機，啟動電流為正常運行電流的10倍左右。從減小電動機的啟動電流的角度來說，加速時間應(yīng)設(shè)定的較長一些，但加速過程屬于過渡過程，時間過長會浪費時間，影響工作效率。所以，設(shè)定加速時間的基本原則是，在電動機的啟動電流不超過允許值的前提下，盡可能縮短加速時間。經(jīng)計算和試驗，我們設(shè)定加速時間為30s。

3.2 減速時間的設(shè)定
    在頻率下降過程中，電動機將處于再生制動狀態(tài)，使電動機的轉(zhuǎn)速迅速地隨頻率而下降。如果減速時間過短，電動機轉(zhuǎn)速的下降將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，將使直流電路通過制動電阻或制動單元放電的速度有可能跟不上，從而導(dǎo)致直流電路的過電壓。設(shè)定減速時間的主要考慮因素是拖動系統(tǒng)的慣性。我們將減速時間設(shè)定為30s。

4  應(yīng)用時的注意事項

    4.1 變頻器選型時只能選用TD 2000系列。由于電動機為永磁同步電動機，TD3000系列雖然性能更好，但是不支持同步電動機。
    4.2  GP電機功率在30Hz時只有0.87KW，然而啟動電流卻達到63A,啟動電流相當(dāng)大，變頻器選型時不能按常規(guī)進行選型，容量要放大，要以電流為標(biāo)準(zhǔn)。
    4.3設(shè)定轉(zhuǎn)矩提升值時，要逐步提高設(shè)定值，不要大幅度改變。一般比出廠值稍大。
    4.4運行中變頻器跳閘顯示CPU故障
當(dāng)變頻器顯示為CPU故障時，一定要樹立一個概念:CPU故障不等于CPU壞。
CPU故障產(chǎn)生的原因有以下幾個方面:
    (1) 外來干擾造成誤動作
    (2) 設(shè)定數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常
    (3) 由于溫度等原因造成誤動作
    (4) 主控板CPU芯片損壞
出現(xiàn)CPU故障時，可以按照下列步驟進行故障排除:
    (1) 按復(fù)位鍵進行復(fù)位。
    (2) 如果仍顯示CPU故障，關(guān)斷變頻器，稍候再啟動變頻器。
    (3) 如故障依舊，證明CPU板已壞，更換新板。更換新板后，應(yīng)仔細(xì)對照檢查全部參數(shù)無誤后才能啟動變頻器。
調(diào)試完畢正常運行時，各種故障一般情況下復(fù)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(tǒng)進行試驗改造后，這兩錠生產(chǎn)的原絲單價提高了1.6萬元/噸，在去除改造成本的情況下，全年可多產(chǎn)生效益350.4萬元。尤其是這次改造的成功為下一步的大規(guī)模改造提供了可行性依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)，為集團公司盈利能力的迅速提高展現(xiàn)了美好的前景。
    (2) TD2000變頻器的應(yīng)用取得成功，改變了神馬實業(yè)紡絲電機全部采用紡絲專用變頻器的狀況，說明目前的通用變頻器完全可以取代原來大部分紡絲專用變頻器。
    (3) TD2000變頻器以小容量國產(chǎn)通用變頻器代替大容量進口紡絲專用變頻器，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(jié)束語

    TD2000變頻器替代日本明電舍THYFREC-V400紡絲專用變頻器投入使用一年來運行良好，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。隨著新型變頻器向著功能更加強大，系統(tǒng)更加穩(wěn)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系列變頻器用戶手冊[M]. 華為電氣,
[2] 電氣傳動自動化技術(shù)手冊[M]. 北京:出版社

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