粘胶长丝纺丝机全自动静止变频电源的研制

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1、粘胶长丝纺丝机全自动静止变频电源的研制1、问题的提出    在粘胶长丝纤维半边连续纺生产中，纺丝机是生产工艺中最关键的设备。每台纺丝机上装有数十台电锭，电锭拖动离心罐高速旋转，将进入离心罐的丝束甩开并卷绕成具有一定捻度的丝饼。电锭的转速一般为7500-8500r/min，需要160V/150Hz的特殊中频电源。长期以来，多数生产企业一直采用电动机—中频发电机组提供这种电源。由于电动机—中频发电机组(俗称动变频)技术落后，给生产带来的弊端十分明显:    (1)电源频率固定不易调整，且精度差，稳定性也不够好，丝饼的质量

2、难以提高。    (2)占地面积大，噪声严重超标。    (3)可靠性和备用性差，不能保证机组故障时生产的连续性。纺丝机电绽停电3秒钟以上就要重新升头，每次升头都要产生废丝，浪费大量原料    (4)耗能严重    随着电力电子技术的飞速发展，变频装置的技术水平和性能不断提高，采用现有的变频装置配合可编程控制器(PLC)构成全自动静止型变频控制系统，取代原有的电动机-中频发电机组已成为必然趋势。    2、变频系统构成及性能特点    以某化纤厂第三纺丝车间为例，每台纺丝机共有电锭72个(每个电锭为140W，额字电流

3、0.65A，输入电压160V，频率149Hz±1)，每12台纺丝机采用一台160kW变频器驱动，变频器输出电压(AC380V)通过中频变压器(380V/160V)变为电锭额定电压。同时，每5台变频器共用一台变频器做为热备份，通过可编程控制器PLC构成一组全自动静变频系统，其线路图如图1所示。    根据粘胶长丝纺丝机的工作特点，整个控制系统的构成应考虑以下问题:    (1)变频器的选型    按照生产现场的习惯，纺丝机电锭的启动通常都采用单台直接启动的方式;对于转速高达8000～9000rpm的电锭，粘胶长丝落丝时

4、需要进行反接制动快速停车，落丝是根据分区数台纺丝机同时进行的，因此，变频器的容量一定要留有裕量，一般地，变频器驱动的电锭总容量约为变频额定容量的75%左右为宜。    另外，由于变频器输出直接与中频变压器连接，因此，变频器输出波形中的谐波含量和直流分量必须处于一个较低的水平，变频器应该安装电源测交流电抗器和直流侧改善功率因数电抗器，或者在输出侧安装滤波器。当然，这些条件对于目前的通用型变频器是很容易实现的。    (2)PLC控制方式    可编程控制器PLC是静变频电源的控制中枢，负责对变频器的启停、报警、热切换和

5、连锁进行控制。PLC的控制有两种方式:一是采用一台中型PLC对所有变频器进行总体控制，优点是控制线路简单，缺点是，尽管目前PLC产品已经具有相当高的可靠性，但一旦PLC发生故障将带来大面积的纺丝机瘫痪，这对于化纤生产来说几乎是致命的，如果采用两台中型PLC进行互备，则控制线路非常复杂;第二种办法是每台变频器都使用一台小型PLC控制，然后各个PLC之间建立关联和互锁;每个PLC控制柜中增加应急开关，当PLC发生故障时可以有效切除，并保证变频器仍然能够正常运行，在保证运行可靠性的同时把事故可能造成的影响降到最小。(3)中

6、频变压器的制造    中频变压器的提法是因为变压器的原边与变频器输出相连接，其工作频率(约150Hz)超过通常的电力变压器额定频率(50Hz)。电压型变频器输出电压中带有一定含量的高次谐波，使变压器损耗增加;同时，由于变频器控制信号以及开关器件的误差，变频器输出相电压的正负半周总有微小的不对称，因此，输出电压中包含了一定的直流分量，这对中频变压器的制造和运行提出了一定的要求。如果仅仅按照普通变压器来制造，会导致变压器很快处于磁路饱和状态，空载电流很大，根本无法运行。在中频变压器的制造过程中需要采取一些相应的措施来克服

7、以上问题，如降低铁心磁通密度的设计值，在铁心中增加气隙来削减直流磁势的不良影响，同时，根据变频器输出的特点，需要增加变压器的绝缘能力减少漏抗，提高散热性等等。    （4)热备份方式    热备份方式是全自动静变频电源系统的特色之一。可靠的静变频电源是粘胶纺丝机连续稳定生产的最基本的保证，由于每台变频电源都直接驱动着十几台纺丝机，因此，一旦一台静变频电源发生故障，将使生产受到大面积影响，电锭停电后粘胶长丝需要重新升头，不但时间长，而且产生大量废丝，经济损失很大。因此，尽管目前的变频器装置和其他元器件可以保证很高的可靠

8、性，仍然需要在系统上采用变频器热备份方式以确保万无一失。    备份静变频装置运行主要分为两种方式:    a)利用PLC构成自动备份方式    n台静变频主机共用一个备机，其中任何一台发生故障，则立即切换到备机。主机故障包括:过电流、过负载、过电压、对地短路、熔断器断路、过热、CPU异常及其它一些故障，同时，如果某一台静变频主机输入电源侧发生