摘 要： 要實現(xiàn)變頻器驅動的粗紗機掉電時不斷線，傳動控制系統(tǒng)就必須具有同步制動功能。本文將介紹基于臺達變頻器外掛電容再生同步制動原理設計和參數(shù)計算方法，實踐證明這種方法非常有效，完全解決了斷線難題。
關鍵詞：臺達變頻器 多電機掉電 同步制動 外掛電容
1 引言
在棉紡工藝過程中，粗紗機的主要功能是對棉條進行一定的牽伸，以使棉條達到一定的牽伸倍數(shù)，并制成一定的卷繞形式，便于儲存和搬運，適應細紗機的喂入。目前粗紗工序粗紗機自動化系統(tǒng)構造主要分為三大方案：其一，利用工業(yè)控制計算機、板卡、變頻器；其二，觸摸屏、PLC、變頻器；其三，觸摸屏、單片機模塊、變頻器。但這三個系統(tǒng)方案都必須面臨的一個問題：就是掉電需要多電機同步停止。目前普遍采用的是變頻器進入剎車狀態(tài)，產生再生能量來保證電機同步停止。
2 外掛母線電容儲能同步制動設計
2.1 原理設計
根據(jù)一般變頻器原理，直流母線電容用于濾除整流器交流成分和穩(wěn)定逆變器供電電壓。對于多電機獨立變頻驅動的粗紗機，母線電容具有在事故掉電時刻利用存儲的電能，提供再生制動激勵能源的潛在功能。由于標準母線電容容量通常僅僅是為滿足濾波與穩(wěn)壓，難以滿足掉電制動能量需求，提出外掛大容量母線電容儲能同步制動方案。外掛電容會對變頻器的整流器造成巨大的啟動電流沖擊，利用粗紗機PLC實現(xiàn)軟啟動保護設計，原理類似于變頻器內部母線電容串聯(lián)啟動保護電阻。針對母線電容儲能同步制動設計，臺達B系列變頻器針對粗紗機的應用特點進行了軟件的客制化修改設計。
2.2 臺達B系列變頻器軟件客制化修改
臺達B系列變頻器針對粗紗機的應用特點進行了軟件的修改設計。
（1）增加再生能量產生功能選擇。參數(shù)06－19進行再生能量產生的功能選擇，當06-19=0時，變頻器和標準品變頻器一樣。當06-19=1 時檢測到低電壓時，變頻器立即閉合外部端子EF并且進入第二減速時間。
�。�2）設置外部端子EF檢測電壓準位。06-16為設置EF檢測電壓準位，在圖1中的 。06-17為電壓檢測的時間。整個過程是當變頻器檢測到直流母線上的電壓小于或者等于06-16的準位、并且持續(xù)時間達到了 06-17設置時間，變頻器則立即進入減速剎車狀態(tài)，剎車時間是根據(jù)第二減速時間02-12來設定。
�。�3）滿足系統(tǒng)需求的制約因素分析。 06-16檢測電壓準位，02-12減速時間與外部電容容量。06-16檢測電壓準位設定越高，則越有足夠的能量保留，但是電壓準位太高，將無法滿足粗紗機中電網正常電壓偏低運行性能；02-12減速時間設置越短越有利停車，但是過短造成機械的震動；外部電容容量越大則越有利停車，但是過大則成本和體積就會隨之增大。因此這三個方面要取一個適中的點。
3 外掛母線電容量計算
3.1 計算目的
（1）計算需要外掛電容容量多少，才能保證滿負載粗紗機在掉電時能夠同步停止。
（2）設計外部軟啟動電路，保證在加大變頻器電容情況下減少上電的沖擊。
3.2 計算步驟
（1）電容端口電壓曲線分析
電容端口電壓曲線分析參見圖1。母線電壓包絡線衰落代表電機機械能量在剎車過程中轉化衰減。母線電壓鋸齒曲線說明剎車過程中的間歇制動是根據(jù)電壓準位值判定實現(xiàn)的。
其中：
 ――――電容端口電壓。
 ――――臺達B系列變頻器EF檢測電壓準位。
 ――――B系列變頻器進入剎車之后能量開始回饋時，電容兩端電壓。
 ―――從EF檢測電壓到能量開始回饋的時間。
 ―――粗紗機發(fā)現(xiàn)掉電后能夠同步停車的時間。
 、 ―――為電容端口電壓方程的常數(shù)。
（2）計算常數(shù)
臺達B系列變頻器通過修改內部軟件，縮短EF檢測電壓到進入減速剎車狀態(tài)的時間。現(xiàn)在暫時認為 ＝80ms（此數(shù)據(jù)目前只能估計），設置參數(shù)06－16＝495即 ＝495，估計 ＝452。也就是當電網電壓為AC350,系統(tǒng)認為開始掉電，進入剎車狀態(tài)，當電容端口電壓降為DC452也可以認為直流母線電壓為452。系統(tǒng)開始有再生能量回饋。據(jù)此可以計算常數(shù) 。
 （負號表示電容在放電）
（3）電容端口電壓和端口電流之間的關系
�。�4）電容量計算
根據(jù)實際情況，粗紗機在滿負載情況下需要的電流大約10－15A，現(xiàn)在粗略估算i＝13A，則：
 F
因此可以選擇的滿負載時，外掛電容在2－3萬微法。
這是一個實際的例子，可以根據(jù)實際的需要通過改動相關參數(shù)，根據(jù)上面的計算公式就可以完成其它電容容量的選擇。
4 軟啟動保護電阻設計
4.1 軟啟動原理
在任何電壓型變頻器中都有大容量電容的存在，當上電瞬間相當于給電容兩端一個階躍信號。如果直接加入電容兩端則電容的充電電流很大，將嚴重影響電容的壽命。對此大部分變頻器在整流部分之后加入了軟啟動電路。根據(jù)這個思想，在粗紗機中由于除了三臺變頻器的本身的電容之外，還在直流母線上外掛了大容量電容，因此需要設計軟啟動電路來保證變頻器的壽命。主要思想如下：在變頻器的直流母線上外加電容如圖2所示，接觸器的控制端由PLC來控制，當上電時PLC延時一段時間，等電容通過電阻R充電之后，接觸器閉合旁路電阻R。
圖2 軟啟動電路圖
4.2 軟啟動電氣參數(shù)計算
根據(jù)上例計算結果，如果粗紗機外掛電容為 0.024F，對0.024F電容充電電流希望控制在1.2A以內，則：
 歐；  瓦；充電時間常數(shù) 秒。
選擇軟啟動電阻470歐功率不低于600瓦。PLC上電之后延時時間要有15S以上。旁路接觸器選擇通過電流在25A/50A。
5結束語
變頻器驅動粗紗機多電機掉電同步制動是紡織工業(yè)的特殊問題。掉電時刻系統(tǒng)已經完全失去外部能源供應，一般意義上的變頻器制動完全失效，并導致上百根紗錠斷線，需要長時間的人工接線恢復作業(yè)。而本文討論的外掛母線電容同步制動方案具有積極的實用意義，并且該項目已經通過研發(fā)階段，在實際應用中表現(xiàn)優(yōu)異。 |
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