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艾默生CT EV3000变频器及其公用直流母线在涤纶短丝牵伸联合机中的应用 |
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艾默生CT EV3000变频器及其公用直流母线在涤纶短丝牵伸联合机中的应用
湖南邵阳纺织机械有限公司 夏旺平
摘要：本文介绍了艾默生CT EV3000变频器及其公用直流母线在涤纶短丝牵伸联合机中的应用，克服了原系统的缺点，完善了系统功能，提高了经济效益。
1． 涤纶短丝牵伸联合机的工作原理及原设计的缺陷
涤纶短丝牵伸联合机示意图如图1所示，它是一种完成涤纶化学纤维牵伸卷曲成型的多单元传动的化纤联合机械，各单元机之间的运行速度保持一定的比率关系，从而完成化学纤维牵伸卷曲成型。第三牵伸机、卷曲机传动电机处于电动工作状态，而第一牵伸机、第二牵伸机
传动电机处于发电工作状态，也即控制第一牵伸机、第二牵伸机传动电机使其完成四象限运行。
传统设计是由一台变频器控制一台大功率电机通过机械长边轴拖动四台单元机，其问题是：（1）机械长边轴安装调整困难，靠机械无级变速器调节牵伸倍率精度差，不直观；（2）单台电机运行参数无法准确获得；（3）难以实现四象限运行，从而很难适应较大牵伸倍率的需要。
化纤丝束 成型
图1 涤纶短丝牵伸联合机示意图
2． 系统组成
控制系统组成如图2所示，系统由艾默生CT EV3000矢量型变频器、斩波制动器、制动电阻器、接触器K1、K2、K3、K4及一些快熔组成。四台变频器的直流输出相互连接构成公用直流母线，提供能量在传动直流母线流动的通路，使联合机的同步及制动控制更为灵活、方便。
图2 控制系统组成示意图
为确保变频器上电后顺利地挂上DC母线，或是在变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围，使用在该场合的变频器必须要有信号24VDC或干触点信号输出，其输出信号至少包括：（1）READY信号：该信号输出有效则表示变频器无故障，母线电压正常，可以接受启动命令；（2）FAULT信号：该信号输出表示变频器故障。母线上的半导体快速熔断器，额定电压通常可选700VDC，如Bussman的FWP系列或Gouldshawmut的A70P系列，额定电流必须考虑到驱动电机在电动或制动时的最大能量，一般情况下可以额定负载的125%电流即可。K为直流接触器，如ABB的EHDB系列，额定电压650VDC，其额定电流同样须根据驱动电机制动时的最大电流来定，一 般情况下可以选额定负载的120%电流。
3． 控制功能的实现
3．1 EV3000变频器的特点
EV3000系列变频器是高品质、多功能、低噪声的矢量控制通用变频器，通过对电机的磁通电流和转矩电流的解耦控制，实现了对转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行和转矩控制。具有过压、过流、缺相、过热、过载、编码器断线等故障保护功能，支持应急运行。
3．2 控制原理
控制原理框图如图3所示。其原理是（1）速度给定信号由PLC通过运算后由PROFIBUS总线送给各单元变频器；（2）利用变频器内置PID功能完成PI调节，在实际运行中可根据运行情况适当改变；（3）编码器选用日本光洋高可靠性集电极开路输出型旋转编码器，1000P/R，从而实现闭环运行。
变频器
速度给定
图3 控制原理框图
3．3 变频器的启停控制
变频器的启停控制的启停控制的逻辑图如图四所示，各单元机变频器的启停均由“变频器无故障”、“牵伸机油泵开”、“电机冷却风机开”、“电机脱离制动”、“系统已启动”五路信号控制，五路信号的逻辑控制由PLC完成，再由PLC输出信号控制各单元变频器。
变频器待机
变频器电源不缺相 K1、K2、K3、K4闭合
制动系统无故障
变频器无故障
牵伸机油泵开 各单元变频器启动
电机冷却风机开
电机脱离制动
系统已启动
图４ 控制原理图
3．4 联合机速度控制
联合机速度控制以第三牵伸机的速度为基准，通过设定相邻单元机之间的倍率关系，PLC通过运算后由PROFIBUS总线将速度信号送给相应变频器；运行速度、倍率参数的设定、显示均在西门子TP177A触摸屏上实现，大大方便了操作人员修改参数和监视设备运行情况。
3．5变频器主要参数设置
功能码 设定参数 备注
F0.02 1 控制方式为闭环控制方式
F0.03 6 频率设定方式为通讯给定
F0.05 1 运行命令为端子控制
F0.10 10S 加速时间设定
F0.11 10S 减速时间设定
F5.11 0 变频器准备就绪
F9.00 4:19200bps 波特率选择
F9.01 0 数据格式
F9.03 4 PPO模式选择
4 EV3000公用直流母线
4．1 EV3000公用直流母线
将电压型变频器的二极管整流桥的直流输出端之间连接起来,输入到逆变部分,这种配置称为公用直流母线。EV3000公用直流母线是将多个EV3000变频器的直流输出相互连接形成公用直流母线结构的系统配置，其作用是提供能量在传动直流母线间流动的通路，使一部分处于电动状态而另一部分处于逆变状态，系统的应用更为灵活方便。
4．2 公用直流母线的优点
当一台单元机处于电动，另一台处于逆变状态时，由于公用直流母线的作用，可使能量在传动直流母线间流通，实现能量的回馈互补，优化系统的动态特性，由于使用公用直流母线可采用单一制动器对多个进行制动，比单个传动单独使用制动单元更经济且维修方便。公用直流母线的中间直流电压恒定，电容储存并联容量大，可以提高系统功率因数，降低电网谐波电流，提高系统用电效率。
5 结束语
EV3000变频器及其公用直流母线在涤纶短丝牵伸联合机中的应用，实现了：（1）一台变频器拖动一台单元机电机，可以准确检测各单元机电机运行状态参数，使联合机系统的控制和保护性能更完善；（2）调速系统可靠性高、控制灵活、操作方便；（3）实现四象限运行，能适应较大牵伸倍率的需要；（4）公用直流母线的使用，优化了系统动态特性，提高了系统的工作稳定性。
参 考 文 献
（1）艾默生CT EV3000高性能矢量控制变频器用户手册。
（2）李方圆著《浅谈变频器的两种制动方式》。
[作者简介] 夏旺平: 湖南邵阳纺织机械有限公司化纤研究所电气高级工程师，主要从事化纤机械的电气自动控制设计工作。
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