矢量變頻器之應(yīng)用

棉紡織設(shè)備的大部分機(jī)器采用了變頻調(diào)速技術(shù)、可編程控器(PLC)技術(shù)，也已有相當(dāng)一部分的產(chǎn)品采用了工控機(jī)、單片機(jī)、交流伺服系統(tǒng)、觸摸屏人機(jī)界面以及現(xiàn)場總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紡機(jī)產(chǎn)品的機(jī)電一體化，變頻器在紡織設(shè)備上應(yīng)用很普及，從清花、梳棉、并條、粗紗、細(xì)紗、絡(luò)筒、整經(jīng)、漿紗、無梭織機(jī)等均已采用。按使用情況可分為三種類型:

第一類:一臺(tái)主機(jī)選用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，如并條機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)等。

第二類:一臺(tái)主機(jī)選用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，如并紗機(jī)、氣流紡機(jī)(單錠單電機(jī)傳動(dòng)型)等。

第三類:一臺(tái)主機(jī)用多臺(tái)變頻器分別控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，并由計(jì)算機(jī)控制多電機(jī)協(xié)調(diào)同步，和實(shí)現(xiàn)卷繞成形功能，如取消錐輪的新型粗紗機(jī)、取消長邊軸傳動(dòng)和無級(jí)變速器的新型漿紗機(jī)，分條整經(jīng)機(jī)等。

紡織設(shè)備上應(yīng)用的變頻器的容量范圍:

0. 37KW~500KW， 90%以上為0.37KW~37KW。

矢量變頻器在梳棉機(jī)中的應(yīng)用。

某棉紡廠使用的梳棉機(jī)老機(jī)在設(shè)計(jì)方面由于受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件、設(shè)備制造成本，市場需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如A186D型梳棉機(jī)道傳動(dòng)系統(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經(jīng)常造成停機(jī)，不時(shí)出火警，給生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量造成一定的損失，要保持與維護(hù)需投入大量的人力與物力。慣性輪電磁離合器被棄用。這樣在由慢轉(zhuǎn)快的過程中產(chǎn)生細(xì)條，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)破邊，棉網(wǎng)拉斷的現(xiàn)象影響生產(chǎn)質(zhì)量。為避免這種現(xiàn)象，操作工用不當(dāng)?shù)牟僮鬓k法來彌補(bǔ)以上設(shè)備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。

使用矢量變頻器改善梳棉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的過程:A186D梳棉機(jī)為了使道夫達(dá)到升、降速平滑，在機(jī)械傳動(dòng)中設(shè)計(jì)雙速電機(jī)，慣性輪、電磁離合器，用電氣加機(jī)械的手段來實(shí)現(xiàn)。A186E、A186F、FA201梳棉機(jī)設(shè)計(jì)中又增加了電動(dòng)機(jī)的星-三角轉(zhuǎn)換這一控制環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步改善了升、降速頻率。FA201B、FA212梳棉機(jī)采用了威科矢量變頻器調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了道夫升速斜率的任意調(diào)節(jié)，道夫工藝轉(zhuǎn)速的任意可變的功能。為老機(jī)改造提供一個(gè)好的范例。

對(duì)A186D老機(jī)進(jìn)行矢量變頻器調(diào)速改造，不但提高設(shè)備性能，降低故障停機(jī)。還能提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。

變頻調(diào)速技術(shù)在我國水泥行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛。在生產(chǎn)工藝需要調(diào)速的許多環(huán)節(jié)，如回轉(zhuǎn)窯、單冷機(jī)、喂料機(jī)、配料系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、水泵等，以交流變頻調(diào)速取代調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速以及直流調(diào)速已成為一種必然趨勢。

在水泥粉磨工藝中，球磨機(jī)入磨物料粒度的大小，對(duì)其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量影響較大，預(yù)破碎工藝作為提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、降低粉磨電耗的重要途徑，引起了許多水泥企業(yè)的重視。根據(jù)工藝要求，水泥立窯放料每次持續(xù)2~3 min，間隔2~3 min，但目前幾乎所有水泥企業(yè)中破碎機(jī)處于工頻恒速運(yùn)行狀態(tài)，24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電能的巨大浪費(fèi)，并影響電機(jī)和破碎機(jī)的使用壽命。另一方面，由于破碎機(jī)具有十分大的慣性，不易頻繁啟停，所以即使使用變頻器也難以解決系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的泵升電壓引起保護(hù)電路動(dòng)作，使系統(tǒng)無法正常工作。

針對(duì)系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，利用系列變頻器實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的變頻調(diào)速和軟啟動(dòng);利用再生能量回饋單元克服破碎機(jī)制動(dòng)過程中產(chǎn)生的過高的泵升電壓;利用PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯閉環(huán)控制，使破碎機(jī)的工作與立窯放料同步，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)行。從而在改善工藝控制質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地節(jié)約了電能，降低了生產(chǎn)成本?，F(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，節(jié)電率可達(dá)60%以上。

上述系統(tǒng)已在某水泥廠投入實(shí)際運(yùn)行。系統(tǒng)根據(jù)送料信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)啟制動(dòng)運(yùn)行，破碎機(jī)運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)。電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)頻繁軟啟動(dòng)，基本無啟動(dòng)電流沖擊，啟動(dòng)力矩足夠。系統(tǒng)在變頻運(yùn)行條件下，若變頻器突然故障，則自動(dòng)切換至"工頻"狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)(內(nèi)部可選)。根據(jù)現(xiàn)場工況需要，將有放料信號(hào)時(shí)變頻運(yùn)行給定頻率設(shè)為43 Hz，系統(tǒng)運(yùn)行電流為27 A，運(yùn)行電壓280 V，改造后的系統(tǒng)平均每年耗電5.7萬度。根據(jù)現(xiàn)場記錄，系統(tǒng)在改造前工作頻率為工頻50 Hz，運(yùn)行電流為32 A，運(yùn)行電壓400 V，平均每年耗電19.42萬度。改造后的節(jié)電率為70.6%。該系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)如下:

1、利用變頻調(diào)速技術(shù)改造了水泥熟料破碎機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足了破碎機(jī)的低速、間歇運(yùn)行特點(diǎn)，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)能效果明顯，并有利于延長破碎機(jī)和電機(jī)的使用壽命。

2、利用能量回饋控制技術(shù)克服破碎機(jī)大慣性引起的泵升電壓，有效地保證了變頻器的安全運(yùn)行。系統(tǒng)除了變頻器和能量回饋裝置所具有的20余種保護(hù)功能和故障自診斷功能外，還增設(shè)了電機(jī)過熱、控制回路保護(hù)及報(bào)警。

3、利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)了各種邏輯控制、變頻器啟制動(dòng)自動(dòng)控制及手動(dòng)/自動(dòng)、工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自切換等功能，使系統(tǒng)控制靈活方便，功能齊全。

變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。

變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理如下:

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)用戶的用水水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸至PID調(diào)節(jié)器，然后與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將比較和運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)和水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)分別送至變頻器和可編程控制器(PLC);變頻器據(jù)以調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速;可編程控制器械根據(jù)PID調(diào)節(jié)器傳輸過來的水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過對(duì)水泵的啟動(dòng)和停止臺(tái)數(shù)及其中變頻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓恒移穩(wěn)于用戶預(yù)先設(shè)計(jì)的壓力值，使供水泵組"提升"的水量與用戶管網(wǎng)不斷變化的用水量保持一致，達(dá)到"變量恒壓供水"的目的。

以下威科矢量變頻器在某市市政供水工程中的應(yīng)用系統(tǒng)由可編程控制器，威科變頻器和電動(dòng)機(jī)組成，采用可編程序控制器(PLC)控制變頻調(diào)速器，具有控制水泵恒壓供水的功能。通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬信號(hào)，通過PLC內(nèi)置的PID控制器，來改變電動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上;反之亦然。這樣通過閉環(huán)PID控制就達(dá)到恒壓供水的目的。

當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障(即:過壓、過流、過載、電機(jī)過熱保護(hù))后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，再重新按操作步驟進(jìn)行操作。

變頻器可通過其外部控制端子實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、S曲線加減速及多段速度控制。矢量控制運(yùn)算中要用到的電機(jī)本身的一些參數(shù)，可由變頻器自動(dòng)測出。此外，該變頻器還具有過流、過載、電動(dòng)機(jī)過熱、過壓及欠壓，超速及失速等保護(hù)功能。變頻器還能提供運(yùn)行停止信號(hào)，零速信號(hào)，速度到達(dá)信號(hào)及運(yùn)行準(zhǔn)備信號(hào)等，可編程控制器綜合外部信號(hào)和變頻器給出的控制信號(hào)，經(jīng)分析及邏輯運(yùn)算向外部設(shè)備及變頻器給出控制命令。電梯調(diào)速控制的關(guān)鍵是啟動(dòng)加速和減速平層，對(duì)其控制時(shí)要掌握以下幾點(diǎn):

1、啟動(dòng)控制

為使電梯啟動(dòng)時(shí)平穩(wěn)無沖擊，無反向溜車，啟動(dòng)控制應(yīng)按以下順序:

(1)首先向變頻器發(fā)出預(yù)勵(lì)磁命令，給電動(dòng)機(jī)建立磁場(此時(shí)速度給定為零);

(2)經(jīng)第一級(jí)延時(shí)后發(fā)出打開抱閘指令;

(3)再經(jīng)第二級(jí)延時(shí)確認(rèn)抱閘打開后給出速度指令。

2、減速平層控制

電梯減速按照距離直接停車平層，即要求各層站的減速距離完全一致。減速到平層時(shí)無爬行過程，由運(yùn)行速度直接向零速減速。為保證停車時(shí)的舒適感，應(yīng)確認(rèn)電梯到達(dá)零速時(shí)(此信號(hào)由變頻器給出)才給出合抱閘命令，再經(jīng)一級(jí)延時(shí)，給出停止勵(lì)磁指令。若停車后電梯沒有平層，應(yīng)進(jìn)行再平層控制。

3、再平層控制

若電梯停車后沒有準(zhǔn)確平層，或平層后因鋼絲繩形變使轎廂移位，應(yīng)進(jìn)行再平層。再平層應(yīng)在較低的速度下進(jìn)行(通常為運(yùn)行速度的1%)，且應(yīng)在電梯門打開，電梯處在平層區(qū)內(nèi)的情況下進(jìn)行。變頻器有很好的低頻轉(zhuǎn)矩扭力，我們測得電梯在110%額定載重下仍能可靠地進(jìn)行再平層。

由于控制系統(tǒng)采用了脈沖編碼定位控制技術(shù)，故井道內(nèi)省略了減速感應(yīng)器，只在轎頂留下了一套平層感應(yīng)裝置，并具有再平層功能。

實(shí)踐證明，改造后的電梯運(yùn)行舒適感好，啟動(dòng)、減速、平層的舒適感不因轎廂負(fù)載的變化而變化，取得了令人滿意的效果。

改造中應(yīng)注意的幾個(gè)問題

電梯技術(shù)改造并沒有固定模式，一切應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來定。但我們在將舊式交流雙速梯和調(diào)壓調(diào)速梯改造成變頻調(diào)速電梯過程中覺得以下幾個(gè)常遇到的問題應(yīng)特別引起注意，以確保改造后電梯的安全使用。

1、貨梯改全自動(dòng)集選控制方式時(shí)，應(yīng)補(bǔ)裝安全觸板或光電保護(hù)裝置，無測重裝置的應(yīng)設(shè)法補(bǔ)裝。

2、保持原額定載重量，額定速度不變，保持鋼絲繩原曳引比方式不變。

3、應(yīng)用線路或軟件保證轎頂行慢車時(shí)，轎內(nèi)和機(jī)房不能走車，以確保轎頂操作人員的安全。

4、層門無自動(dòng)關(guān)閉裝置的應(yīng)在每層層門上增設(shè)可靠的層門自動(dòng)關(guān)閉裝置。

5、層門門扇是由繩、鏈聯(lián)接時(shí)，被動(dòng)門扇應(yīng)補(bǔ)設(shè)電氣安全裝置。

6、檢查測試限速器、安全鉗及其聯(lián)動(dòng)情況，不合格的限速器必須更換。

7、制動(dòng)器應(yīng)作全面分解，閘帶上不允許有油垢，電磁鐵可動(dòng)鐵芯與銅套間要干凈，并用石墨粉潤滑。