摘　要：為了實(shí)現(xiàn)變頻器驅(qū)動的粗紗機(jī)事故掉電時不斷線，要求傳動控制系統(tǒng)具有同步制動功能。本文提出變頻器外掛電容再生同步制動原理設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：臺達(dá)變頻器 多電機(jī)掉電 同步制動 外掛電容

1 引言

在棉紡工藝過程中，粗紗機(jī)的主要功能是對棉條進(jìn)行一定的牽伸，以使棉條達(dá)到一定的牽伸倍數(shù)并制成一定的卷繞形式，便于儲存和搬運(yùn)，適應(yīng)細(xì)紗機(jī)的喂入。粗紗工序粗紗機(jī)自動化系統(tǒng)構(gòu)造目前市場主要分為三大方案：其一，利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、板卡、變頻器;其二，觸摸屏、PLC、變頻器;其三，觸摸屏、單片機(jī)模塊、變頻器。在這三個系統(tǒng)方案都必須面臨的一個問題：就是掉電需要多電機(jī)同步停止。目前普遍采用了的是變頻器進(jìn)入剎車狀態(tài)，產(chǎn)生再生能量來保證電機(jī)同步停止。

2 外掛母線電容儲能同步制動設(shè)計(jì)

2.1 原理設(shè)計(jì)

根據(jù)一般變頻器原理，直流母線電容用于濾除整流器交流成分和穩(wěn)定逆變器供電電壓。對于多電機(jī)獨(dú)立變頻驅(qū)動的粗紗機(jī)，母線電容具有在事故掉電時刻利用存儲的電能提供再生制動激勵能源的潛在功能。由于標(biāo)準(zhǔn)母線電容容量通常僅僅是為滿足濾波與穩(wěn)壓，難以滿足掉電制動能量需求，提出外掛大容量母線電容儲能同步制動方案。外掛電容會對變頻器的整流器造成巨大的啟動電流沖擊，利用粗紗機(jī)PLC實(shí)現(xiàn)軟啟動保護(hù)設(shè)計(jì)，原理類似于變頻器內(nèi)部母線電容串聯(lián)啟動保護(hù)電阻。針對母線電容儲能同步制動設(shè)計(jì)，臺達(dá)B系列變頻器針對粗紗機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了軟件的客制化修改設(shè)計(jì)。

2.2 臺達(dá)B系列變頻器軟件客制化修改

臺達(dá)B系列變頻器針對粗紗機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了軟件的修改設(shè)計(jì)。

(1)增加再生能量產(chǎn)生功能選擇。參數(shù)06-19進(jìn)行再生能量產(chǎn)生的功能選擇，當(dāng)06-19=0時變頻器和標(biāo)準(zhǔn)品變頻器一樣。當(dāng)06-19=1 時檢測到低電壓時，變頻器立即閉合外部端子EF并且進(jìn)入第二減速時間。

(2)設(shè)置外部端子EF檢測電壓準(zhǔn)位。06-16為設(shè)置EF檢測電壓準(zhǔn)位，在圖1中的 。06-17為電壓檢測的時間。整個過程是當(dāng)變頻器檢測到直流母線上的電壓小于或者等于06-16的準(zhǔn)位并且持續(xù)時間達(dá)到了 06-17設(shè)置時間。變頻器則立即進(jìn)入減速剎車狀態(tài)，剎車時間是根據(jù)第二減速時間02-12來設(shè)定。

(3)滿足系統(tǒng)需求的制約因素分析。 06-16檢測電壓準(zhǔn)位，02-12減速時間與外部電容容量。06-16檢測電壓準(zhǔn)位設(shè)定越高，則越有足夠的能量保留，但是電壓準(zhǔn)位太高將無法滿足粗紗機(jī)中電網(wǎng)正常電壓偏低運(yùn)行性能;02-12減速時間設(shè)置越短越有利停車，但是過短造成機(jī)械的震動;外部電容容量越大則越有利停車，但是過大則成本和體積就會隨之增大。因此這三個方面要取一個適中的點(diǎn)。

3 外掛母線電容量計(jì)算

3.1 計(jì)算目的

(1)計(jì)算需要外掛電容容量多少，才能保證滿負(fù)載粗紗機(jī)在掉電時能夠同步停止。

(2)設(shè)計(jì)外部軟啟動電路，保證在加大變頻器電容情況下減少上電的沖擊。

3.2 計(jì)算步驟

(1)電容端口電壓曲線分析

電容端口電壓曲線分析參見圖1。母線電壓包絡(luò)線衰落代表電機(jī)機(jī)械能量在剎車過程中轉(zhuǎn)化衰減。母線電壓鋸齒曲線說明剎車過程中的間歇制動是根據(jù)電壓準(zhǔn)位值判定實(shí)現(xiàn)的。

其中：

電容端口電壓

臺達(dá)B系列變頻器EF檢測電壓準(zhǔn)位

B系列變頻器進(jìn)入剎車之后能量開始回饋時，電容兩端電壓

從EF檢測電壓到能量開始回饋的時間

粗紗機(jī)發(fā)現(xiàn)掉電后能夠同步停車的時間

為電容端口電壓方程的常數(shù)

(2)計(jì)算常數(shù)

臺達(dá)B系列變頻器通過修改內(nèi)部軟件，縮短EF檢測電壓到進(jìn)入減速剎車狀態(tài)的時間。

現(xiàn)在暫時認(rèn)為 =80ms(此數(shù)據(jù)目前只能估計(jì))，設(shè)置參數(shù)06-16=495即 =495，估

計(jì) =452。也就是當(dāng)電網(wǎng)電壓為AC350,系統(tǒng)認(rèn)為開始掉電，進(jìn)入剎車狀態(tài)，當(dāng)電容端

口電壓降為DC452也可以認(rèn)為直流母線電壓為452。系統(tǒng)開始有再生能量回饋。據(jù)此可以

計(jì)算常數(shù) 。

(3)電容端口電壓和端口電流之間的關(guān)系

(4)電容量計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況，粗紗機(jī)在滿負(fù)載情況下需要的電流大約10-15A，現(xiàn)在粗略估算i=13A，則：

因此可以選擇的滿負(fù)載時，外掛電容在2-3萬微法。

這是一個實(shí)際的例子，可以根據(jù)實(shí)際的需要通過改動相關(guān)的參數(shù)，根據(jù)上面的計(jì)算公式就可以完成其它電容容量的選擇。

4 軟啟動保護(hù)電阻設(shè)計(jì)

4.1 軟啟動原理

在任何電壓型變頻器中都有大容量電容的存在，當(dāng)上電瞬間相當(dāng)于給電容兩端一個階躍信號。如果直接加入電容兩端則電容的充電電流很大，將嚴(yán)重影響電容的壽命。對此大部分變頻器在整流部分之后加入了軟啟動電路。根據(jù)這個思想在粗紗機(jī)中由于除了三臺變頻器的本身的電容之外，還在直流母線上外掛了大容量電容，因此需要設(shè)計(jì)軟啟動電路來保證變頻器的壽命。主要思想如下：在變頻器的直流母線上外加電容如圖2所示，接觸器的控制端由PLC來控制，當(dāng)上電時PLC延時一段時間，等電容通過電阻R充電之后，接觸器閉合旁路電阻R。

圖2 軟啟動電路圖

4.2 軟啟動電氣參數(shù)計(jì)算

根據(jù)上例計(jì)算結(jié)果，如果粗紗機(jī)外掛電容為 0.024F，對0.024F電容充電電流希望控制

在1.2A以內(nèi)，則：

選擇軟啟動電阻470歐功率不低于600瓦。PLC上電之后延時時間要有15S以上。旁路接觸器選擇通過電流在25A/50A。

5結(jié)束語

變頻器驅(qū)動粗紗機(jī)多電機(jī)掉電同步制動是紡織工業(yè)的特殊問題。掉電時刻系統(tǒng)已經(jīng)完全失去外部能源供應(yīng)，一般意義上的變頻器制動完全失效，導(dǎo)致上百根紗錠斷線，需要長時間的人工接線恢復(fù)作業(yè)。因此本文討論的外掛母線電容同步制動方案具有積極的實(shí)用意義。項(xiàng)目已經(jīng)通過研發(fā)階段，投入工程應(yīng)用。