TD2000变频器在尼龙纺丝中的应用

　　1 引言
　　
　　 随着帘子布市场的发展，用户对帘子布品种的要求逐渐提高。根据市场需求，神马集团实施了尼龙中细旦丝项目。在该项目中，需要对原丝齿轮泵gp111、gp112的电源及其控制系统进行试验改造。我们选取了深圳华为公司生产的td2000通用变频器作为电源供应装置。
　　
　　 1.1 原有系统分析
　　 原来gp111、gp112所用电源为日本明电舍thyfrec-v400纺丝专用变频器，电机为永磁同步电动机。每台变频器输出的电流供给对应的１２个电气控制柜(mcc柜)作为主电源，随后输向两个区段的１２台gp电机。电源投入后，由现场按钮通过控制mcc柜内接触器的吸合/释放来决定齿轮泵的开/停。由于为两台电动机提供电源该变频器容量过大，运行成本高，而且针对中国电网实际情况的实用功能较少，需要用新的变频器进行替代。
　　
　　 1.2 现有系统分析
　　 我们采用深圳华为td2000通用变频器代替日本明电舍thyfrec-v400纺丝专用变频器。由纺丝现场按钮直接控制单台变频器的运行，从而带动齿轮泵的运转，省却了一些中间环节，简化了系统流程，提高了系统稳定性。尤其是一台变频器控制一台电动机的方式,使控制更加方便，有利于进行工艺参数的调整与小范围的试验。
　　
　　2　td2000变频器特点及应用
　　
　　 td2000通用变频器调速系统原理框图, 如图1所示。
　　 具有高品质、多功能、低噪音的特点，设计紧凑、安装灵活。具有空间电压矢量控制技术，停电再启动、自动电压调整、死区补偿、自动转差补偿、节能运行、
　　
　　

　　
　　图1 td2000变频调速系统原理框图
　　
　　内置pi等功能，可提供高品质控制。
　　
　　 2.1 停电再启动
　　 在变频器运转过程中，由于电网波动等原因，有时会出现瞬时停电现象。明电舍thyfrec-v400变频器往往显示故障指示并自动停止运行,此时需要按下现场该变频器所对应的所有电机停止按钮，然后重新起动变频器，再依次启动gp电机,这样做往往费时较长。td2000变频器具有瞬间停电再启动功能。当电网瞬间停电后变频器会自行启动，控制电机运转，减少故障处理时间。
　　
　　 2.2 现场/变频器两种方式控制电动机的启动/停止
　　 在明电舍thyfrec-v400变频器中，变频器的启动/停止不受现场控制。变频器启动、运行到设定值后，打开变频器对应的mcc控制柜空气开关，然后依次启动现场按钮，使mcc柜内的接触器吸合，从而启动电机。而td2000变频器具有远端控制变频器功能，它设定了3种不同的方式:
　　 (1) 两线控制模式1
　　 (2) 两线控制模式2
　　 (3) 三线控制模式
　　 我们采用三线式运转模式，并且令k=0，这样，只要变频器带电，
　　
　　

　　
　　图2 三线式运转模式
　　
　　现场随时可以启动变频器，如图2所示。
　　
　　 2.3 节能运行
　　 td2000变频器设定了节能运行功能，如图3所示。电机在正常v/f设定后(一般负载为线①，平方转矩负载为线②)，变频器通过检测负载电流发现负载处在轻载运行过程中时，会适当调整输出电压(如①号线变为③号线)，
　　
　　
　

　　图3 节能运行时v/f曲线
　　
　　使输出功率降低，达到节能的目的。
　　 ① 一般负载时v/f曲线
　　 ② 平方转矩负载时v/f曲线fb
　　 ③ 节能运行时v/f曲线 　　
　　 2.4 转矩提升
　　 在异步电动机变频调速系统中，在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持v/f为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩，为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。但是，当电压补偿过大时，将会造成电动机铁心的饱和，增加励磁电流，从而引起电动机过载。td2000变频器具有手动提升和自动提升功能。在调试变频器时，电动机出现了启动困难现象。我们分析问题在于电机的启动转矩不足。为补偿定子阻抗压降，提高电机低频转矩特性，在变频器低频工作区提高输出电压，进行转矩提升补偿,以便于带较大负荷启动，我们先后调整了转矩提升电压参数和控制选择参数，并进行了反复试验。调整以后，我们测定电机运转平稳。如图4所示。
　　

　　
　　图4 自动/手动转矩提升补偿
　　
　　
　　 2.5 运行控制方式多样性
　　 td2000变频器具有三种运行控制方式:电气控制室变频器操作面板控制;由现场按钮通过变频器的控制端子进行控制;上位机串口控制(rs232接口)，用于实现电机启动、停止、正转、反转、点动等功能。控制方式多、方便灵活。此外，td2000变频器还有防反转功能。
　　
　　 2.6 丰富的显示功能
　　 td2000变频器提供四位数码显示、中文液晶显示、外接仪表显示。能够显示出设定频率、输出频率、输出电压、输出电流、电机转速、负载线速度等参数，便于运行监控。
　　 此外，td2000变频器还能显示最近一次故障时的变频器母线电压、输出电流、运行频率以及近三次故障类型，为迅速及时的处理故障提供了依据。
　　
　　 2.7 功率器件
　　 td2000变频器用igbt作为功率器件，具有波形好，频率高，噪声低，体积小，寿命长的特点，在控制方法上，采用无反馈量控制技术控制永磁同步电动机，特别是在过负荷方面有较大改进，150％负荷为1分钟，200%负荷为30秒，非常适合原丝齿轮泵。另外，该变频器还具有自保护功能齐全等优点。
　　
　　3 几种主要参数的设定
　　 3.1 加速时间的设定
　　 卷绕用电动机为永磁同步电动机，启动电流为正常运行电流的10倍左右。从减小电动机的启动电流的角度来说，加速时间应设定的较长一些，但加速过程属于过渡过程，时间过长会浪费时间，影响工作效率。所以，设定加速时间的基本原则是，在电动机的启动电流不超过允许值的前提下，尽可能缩短加速时间。经计算和试验，我们设定加速时间为30s。
　　
　　 3.2 减速时间的设定
　　 在频率下降过程中，电动机将处于再生制动状态，使电动机的转速迅速地随频率而下降。如果减速时间过短，电动机转速的下降将跟不上同步转速的下降，将使直流电路通过制动电阻或制动单元放电的速度有可能跟不上，从而导致直流电路的过电压。设定减速时间的主要考虑因素是拖动系统的惯性。我们将减速时间设定为30s。
　　
　　4 应用时的注意事项
　　
　　 4.1 变频器选型时只能选用td 2000系列。由于电动机为永磁同步电动机，td3000系列虽然性能更好，但是不支持同步电动机。
　　 4.2 gp电机功率在30hz时只有0.87kw，然而启动电流却达到63a,启动电流相当大，变频器选型时不能按常规进行选型，容量要放大，要以电流为标准。
　　 4.3设定转矩提升值时，要逐步提高设定值，不要大幅度改变。一般比出厂值稍大。
　　 4.4运行中变频器跳闸显示cpu故障
　　 当变频器显示为cpu故障时，一定要树立一个概念:cpu故障不等于cpu坏。
　　 cpu故障产生的原因有以下几个方面:
　　 (1) 外来干扰造成误动作
　　 (2) 设定数据出现异常
　　 (3) 由于温度等原因造成误动作
　　 (4) 主控板cpu芯片损坏
　　 出现cpu故障时，可以按照下列步骤进行故障排除:
　　 (1) 按复位键进行复位。
　　 (2) 如果仍显示cpu故障，关断变频器，稍候再启动变频器。
　　 (3) 如故障依旧，证明cpu板已坏，更换新板。更换新板后，应仔细对照检查全部参数无误后才能启动变频器。
　　 调试完毕正常运行时，各种故障一般情况下复位后变频器即可正常运行。
　　
　　5 效益分析
　　
　　 (1) 原丝齿轮泵gp111、gp112的电源及其控制系统进行试验改造后，这两锭生产的原丝单价提高了1.6万元/吨，在去除改造成本的情况下，全年可多产生经济效益350.4万元。尤其是这次改造的成功为下一步的大规模改造提供了可行性依据和技术基础，为集团公司盈利能力的迅速提高展现了美好的前景。
　　 (2) td2000变频器的应用取得成功，改变了神马实业纺丝电机全部采用纺丝专用变频器的状况，说明目前的通用变频器完全可以取代原来大部分纺丝专用变频器。
　　 (3) td2000变频器以小容量国产通用变频器代替大容量进口纺丝专用变频器，为以后的纺丝、卷绕改造提供了新的思路。其一台变频器带动一台gp电机的方式，为原丝小批量试验性技术改造提供了更为灵活的条件。
　　
　　6 结束语
　　
　　 td2000变频器替代日本明电舍thyfrec-v400纺丝专用变频器投入使用一年来运行良好，其优良的性能在生产中得到了很好的发挥，降低了运行成本，提高了经济效益。随着新型变频器向着功能更加强大，系统更加稳定，模块化更强的方向发展，它的使用也将更加广泛。