|
一、概述
八十年代是我國紡織、化纖行業突飛猛進的發展時期，許多企業在這期間大量引進了德國、意大利、日本等發達國家的紡織化纖設備。而這個時期也正處於通用交流變頻調速技術的起步階段，采用可控矽(SCR)作為開關元件的變頻器逐步推廣應用，而采用大功率晶體管(GTR)作為開關元件的變頻器剛剛走出實驗室而未得到廣泛應用。所以當時我國引進的紡織化纖設備中其配套電氣調速係統所采用的基本上為SCR變頻器。
我們知道，可控矽(SCR)zuoweidianlidianziqijianyinqijiaogaodenaiyadadianliutexingjijianyikekaodedaotongkongzhitedian，zhizhijinrirengguangfanyingyongyuzhiliutiaosuxitongzhong。dankekongguideguanduanbixutongguogaofanyacainengshixian，yinciyingyongyubianpintiaosuqiliqifujiazhuangzhijiaoduo，tijida，tongshiqikaiguanpinlvbiranshoudaoxianzhi，zaibopinlvyibanzhiyoujibaiHZ，對於大功率變頻器則更低，輸出波形很差，影響到電機的運行。
鑒(jian)於(yu)當(dang)時(shi)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)隻(zhi)能(neng)大(da)量(liang)采(cai)用(yong)分(fen)離(li)元(yuan)件(jian)，各(ge)種(zhong)調(tiao)節(jie)器(qi)及(ji)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)器(qi)都(dou)是(shi)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)，控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)低(di)，穩(wen)定(ding)性(xing)差(cha)，濕(shi)漂(piao)大(da)，可(ke)靠(kao)性(xing)也(ye)低(di)。隨(sui)著(zhe)使(shi)用(yong)時(shi)間(jian)的(de)增(zeng)加(jia)，設(she)備(bei)逐(zhu)漸(jian)老(lao)化(hua)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)故(gu)障(zhang)逐(zhu)年(nian)增(zeng)多(duo)，因(yin)此(ci)造(zao)成(cheng)燒(shao)毀(hui)電(dian)機(ji)的(de)數(shu)量(liang)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。化(hua)纖(xian)設(she)備(bei)采(cai)用(yong)的(de)高(gao)速(su)電(dian)機(ji)都(dou)是(shi)特(te)殊(shu)電(dian)機(ji)，修(xiu)理(li)費(fei)每(mei)台(tai)需(xu)2萬元人民幣，進口一塊控製板需要數萬元。可見現有設備的運行費用是很高的。
隨著現代微電子及電力電子技術的發展，全數字化、高開關頻率、矢量控製特點的變頻調速器已全麵推向市場，變頻器的成本也大大下降。采用先進變頻器改造原可控矽變頻調速係統是一種高效、經濟的選擇，1998年我們采用當時國際上較先進的日本三墾LF係列及IF係列變頻器改造了兩條德國巴馬格(Barmag)POY、FDY高速紡絲機，並取得了極好的效果。
二、原調速係統特點及現狀
長沙錦綸廠前紡POY、FDY紡絲生產線中有三條生產線，為德國巴馬格(Barmag)公司產品，其電氣調速係統采用西門子SIMOVET-V變頻器集中控製，每條生產線的傳動由四台變頻器完成，另兩台變頻器驅動計量泵電機及油劑泵電機。每條生產線共有16個位(卷繞機)，每個位含一個摩擦輥電機( 2.0KW)及一個槽輥電機( 0.9 KW),16個摩擦輥電機由一台“運行”變頻器驅動，工作頻率為25-212HZ。16個槽輥電機由另一台“運行”變頻器驅動，工作頻率為50-325HZ。每個卷繞機單獨起動，由於摩擦輥及槽輥的機械慣性較大，各自需要一台“起動”變頻器起動，當“起動”變頻器的輸出頻率等於“運行”變頻器的輸出頻率時，該卷繞機的兩台電機即切換到“運行”變頻器驅動。每個卷繞機單元的電氣傳動電路如圖一。
三、改造方案的提出
高速紡絲機的變頻調速技術改造一般有兩套方案，一是由“集中”調速改為“分散”控製。即每個位(卷繞機)采cai用yong兩liang台tai變bian頻pin器qi分fen別bie驅qu動dong摩mo擦ca輥gun及ji槽cao輥gun電dian機ji，這zhe樣yang每mei個ge位wei都dou可ke單dan獨du控kong製zhi，相xiang互hu之zhi間jian沒mei有you電dian控kong方fang麵mian的de聯lian係xi，避bi免mian原yuan來lai四si台tai變bian頻pin器qi中zhong任ren何he一yi台tai變bian頻pin器qi故gu障zhang而er造zao成cheng全quan線xian停ting機ji，也ye便bian於yu新xin產chan品pin的de開kai發fa研yan製zhi及ji小xiao批pi量liang多duo品pin種zhong的de生sheng產chan，也ye可ke取qu代dai化hua纖xian實shi驗yan機ji。德de國guo巴ba馬ma格ge(Barmag)公gong司si九jiu十shi年nian代dai新xin出chu的de紡fang絲si機ji即ji采cai用yong這zhe種zhong方fang式shi，國guo內nei一yi些xie廠chang家jia也ye有you采cai用yong此ci方fang式shi的de改gai造zao方fang案an，但dan這zhe種zhong方fang案an投tou資zi太tai大da，全quan機ji需xu要yao三san十shi二er台tai變bian頻pin器qi，加jia上shang計ji量liang泵beng電dian機ji和he油you劑ji泵beng電dian機ji，則ze需xu要yao六liu十shi四si台tai變bian頻pin器qi，據ju悉xi北bei方fang一yi家jia長chang絲si廠chang采cai用yong此ci方fang案an僅jin變bian頻pin器qi就jiu投tou資zi了le一yi百bai多duo萬wan元yuan。
考慮到每個位不必完全以不同轉速運轉，且同一時期不可能同時試製16個品種，本著“高效、經濟”的原則，我們采用了另一種方案，其特點如下：
保留原有係統，增加切換電路，使新增的三墾高性能變頻器可以控製原有的16個位，也可以控製7個位或8個位或1個位，這樣可以用一個位試製新產品，也可以用三墾變頻器控製7個或8個位生產小批訂單，另9個位或8個位采用原SCR變(bian)頻(pin)器(qi)生(sheng)產(chan)另(ling)一(yi)個(ge)品(pin)種(zhong)，實(shi)現(xian)一(yi)機(ji)兩(liang)品(pin)種(zhong)，以(yi)滿(man)足(zu)銷(xiao)售(shou)部(bu)門(men)和(he)用(yong)戶(hu)的(de)要(yao)求(qiu)。改(gai)造(zao)後(hou)的(de)每(mei)個(ge)卷(juan)繞(rao)機(ji)單(dan)元(yuan)的(de)電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)電(dian)路(lu)如(ru)圖(tu)二(er)。其(qi)中(zhong)，當(dang)起(qi)動(dong)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)等(deng)於(yu)原(yuan)運(yun)行(xing)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)時(shi)，如(ru)將(jiang)電(dian)機(ji)通(tong)過(guo)K22和K24切換到原運行變頻器，該卷繞機可生產原產品；如將電機通過KXM和KXC切換到新運行變頻器，該卷繞機可生產新產品。通過這兩組接觸器的不同組合，即可調整產品結構。
四、係統調試
本ben項xiang技ji改gai的de調tiao試shi，除chu每mei單dan元yuan卷juan繞rao機ji的de兩liang個ge電dian機ji及ji其qi接jie觸chu器qi接jie線xian正zheng確que外wai，卷juan繞rao機ji的de擺bai頻pin設she定ding及ji起qi動dong變bian頻pin器qi與yu新xin運yun行xing變bian頻pin器qi的de切qie換huan最zui為wei關guan鍵jian。
日本三墾LF及IF係列變頻器內含有專為化纖高速紡絲機所設計的擾動運轉模式,可以方便地完成卷繞機的擺頻設定, 擾動運轉模式示意圖及相應指令碼如圖三。
圖3 擾動運轉模式示意圖
由you於yu摩mo擦ca輥gun及ji槽cao輥gun的de機ji械xie慣guan性xing較jiao大da，當dang起qi動dong變bian頻pin器qi的de輸shu出chu頻pin率lv等deng於yu運yun行xing變bian頻pin器qi的de輸shu出chu頻pin率lv時shi切qie換huan，不bu會hui產chan生sheng電dian氣qi衝chong擊ji。改gai造zao後hou係xi統tong新xin增zeng運yun行xing變bian頻pin器qi的de輸shu出chu頻pin率lv與yu原yuan運yun行xing變bian頻pin器qi不bu同tong，如ru較jiao高gao，切qie換huan時shi將jiang產chan生sheng大da電dian流liu。較jiao低di時shi切qie換huan，將jiang產chan生sheng過guo電dian壓ya（切換時電機處於發電狀態）。所以新增運行變頻器的容量選擇應有一定餘量，同時應配備製動單元和製動電阻。工程上可按下式計算附加製動電阻的阻值：
Uc2
R =
1.047(TB-0.2Te)n
從式中可以得出，當製動轉矩TB >0.2Te時，即製動轉矩小於額定轉矩20%以yi下xia時shi，無wu需xu設she置zhi製zhi動dong電dian阻zu，也ye就jiu是shi不bu需xu考kao慮lv製zhi動dong方fang案an，由you電dian機ji內nei部bu的de有you功gong損sun耗hao作zuo用yong下xia可ke以yi將jiang中zhong間jian直zhi流liu回hui路lu電dian壓ya限xian製zhi在zai過guo電dian壓ya保bao護hu動dong作zuo值zhi以yi下xia。式shi中zhong的de製zhi動dong轉zhuan矩juTB 可按下式計算機：
(GD2M+GD2L)(n1-n2)
TB = TL
375ts
式中 GD2M―電機的GD2，由電機特性查得N.m
GD2L―負載拆算到電機軸上的GD2N.
TL―負載轉矩N.m
n1―減速開始時的速度r/min
n2―減速完了時的速度r/min
ts―減速時間s
由於任一時刻電機由起動變頻器向運行變頻器切換時，隻有一個單元卷繞機投入，所產生的衝擊電流不會很大。經過計算機，選擇37KW及22KW變頻器並配備兩套BU-430製動單元及DB-430製動電阻。實際運行時並未出現過電流及過電壓跳閘。
五、結論
1．本項技改克服了原設備集中控製的弊端，改造後可對16個位進行分組控製，必要時可互相轉換，互不幹擾，便於試製新產品及小批量各品種生產。
2．可靠性高。原調速係統中變頻器發生故障，可將16個位全部切換到新調速係統中運行，切換過程隻需幾分鍾即可完成。
3．新調速係統采用日本三墾公司九十年代後期新產品LF及IF係列變頻器，分別采用準32位及32位CPU，頻率設定分辨率為0.01HZ，精度高於原變頻器20倍。開關模塊分別采用IGBT及IPM模塊，最高載波頻率可達14KHZ，靜噪音，運行電流小，有完善的各種保護功能。LF及IF變頻器具有擾動運轉模式，此功能專為化纖高速紡設計，可將化纖紡絲的工藝參數直接在變頻器上以數字方式設定，其中LF係列變頻器還可在運行時直接從麵板顯示器中讀出或修改擾動參數(擺頻參數)，並顯示實際運行轉速，深得工藝人員的歡迎。
4．投資少，改造一條生產線全部投資十幾萬元。
5．改造工期短，安裝調試方便，僅停機一個小時即可完成調試並投入運行，占地麵積小。
6．當月投資當月見效。改造後的生產線上生產出原來不能生產的新產品，其市場售價高出老產品2000元/噸左右，僅此一項利潤即可三月內收回投資。
7．節能。電機運行電流為原係統運行電流的80%左右。
8．設備投運以來，新變頻器未發現任何故障，沒有燒毀一台電動機，綜合往年的統計，每年節省維修費用約十五萬元。
可見高速紡絲機的“分組”變頻調速技術改造是一種高效、經濟的方案。
|
