變頻器應(yīng)用在粘膠短纖維生產(chǎn)線中

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摘要：介紹變頻器在粘膠短纖維生產(chǎn)線中的應(yīng)用。包括電氣設(shè)計、容量的選擇、控制回路設(shè)計；并對變頻器應(yīng)用中遇到的問題予
  　在粘膠短纖維生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)中，有許多工藝參數(shù)需要調(diào)節(jié)，如漿粕與火堿的配比、粘膠的流量、大罐的液位，槽罐及管道的壓力等。還有一些設(shè)備裝置需要通過改變電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)工藝控制，如老成時間、稱量斗出料，短纖維的開松、牽伸比的矢量控制等。變頻器與傳統(tǒng)的調(diào)速方式相比有節(jié)能、裝置集成度高、維護簡便、無級調(diào)速、控制簡單、運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，不同廠家的變頻器或同一廠家不同時期的變頻器，應(yīng)用要求都不盡相同。粘膠短纖維生產(chǎn)線對變頻器的動態(tài)性能、可靠性、可使用性、可維修性要求較高，下面就應(yīng)用變頻器應(yīng)注意的幾個問題加以介紹。 
1．變頻器選擇
    粘膠短纖維生產(chǎn)線的泵類負載，低速下負載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇普通功能型。而對于壓榨機、精練壓輥、開松鼓等建議采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器。因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機械特性好，不怕沖擊負載。
2．變頻器容量
    在變頻器的選型設(shè)計中，變頻器的容量至關(guān)重要，變頻器的容量要和所驅(qū)動的負載匹配，即要滿足：

    應(yīng)以變頻器額定輸出電流 為準(zhǔn)，按變頻器可配電機功率選擇變頻器容量。
    在選擇變頻器容量時，還有變頻器需要降容使用的幾個因數(shù)要考慮：
（1）變頻器的運行環(huán)境溫度
ABB公司規(guī)定當(dāng)變頻器運行環(huán)境溫度在+40℃以上時，每
升高1℃，額定輸出電流可減少3．5％，直～q+5o℃。
（2）安裝現(xiàn)場海拔高度ABB公司規(guī)定當(dāng)在海拔高度1000m以上時，每升高100m，zui大輸出功率降低1％。
（3）變頻器逆變器主開關(guān)器件開關(guān)頻率
當(dāng)變頻器開關(guān)頻率超過基本開關(guān)頻率（2-3kHz）時，變頻器的降容系數(shù)參見各變頻器相關(guān)規(guī)定。
（4）瞬時過載能力
當(dāng)瞬時負載大于變頻器的瞬時過載能力時，按重載或高轉(zhuǎn)矩應(yīng)用選擇變頻器容量，即通常選用大一級容量變頻器。
3．變頻器供電回路及控制回路
    電源斷路器（QF）應(yīng)選用配電保護型斷路器，配過熱電磁脫扣器；或者采用快速熔斷器。交流接觸器（KM）當(dāng)變頻器的保護功能動作時，使變頻器自動與電源隔離，保護變頻器。現(xiàn)場主開關(guān)（Q1）作為現(xiàn)場檢修或生產(chǎn)過程突發(fā)意外故障時停泵急用，在配電柜集中擺放時，現(xiàn)場主開關(guān)很有必要。
    目前絕大多數(shù)通用變頻器的整流環(huán)節(jié)采用的都是二極管6脈波橋式整流電路，對電網(wǎng)而言是個諧波源。是否選用輸入電抗器（z1），視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況、電網(wǎng)允許的畸變程度、同一電源上并聯(lián)的用電設(shè)備與變頻器之間的相互影響而定，一般以選用為好。
    當(dāng)電機電纜超過長度要求時，一般要求設(shè)置輸出電抗器（z2），不同廠家的變頻器對電機電纜的長度要求不一樣。在按一般要求選擇電機電纜截面時，連續(xù)運行電動機的允許電壓降為5％ 。變頻器驅(qū)動的電動機，當(dāng)變頻器輸出電流為額定值時，電纜上的zui大電壓降應(yīng)小于2％UN。否則，將降低電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，電機電纜應(yīng)該越短越好。
    當(dāng)電機功率較大時，在電機控制柜上要設(shè)置電流表。電流表應(yīng)測量變頻器的輸出電流，應(yīng)選用電磁系儀表，考慮到電動機在低頻運行時電流互感器可能飽和，必須選擇大一級容量的電流互感器。電機FFC保護是電機內(nèi)置的熱保護裝置，此部分回路是否設(shè)置視電機情況而定。
    不同變頻器外部控制接線不盡相同。一般控制模式的控制原理圖，由DCS／PLC設(shè)定變頻器速度，由遠方DCS／PLC控制變頻器啟停。
4．變頻器應(yīng)用中碰到的一些問題及建議
（1）變頻器驅(qū)動電機的空載運行
    將一些變頻驅(qū)動電機與粘膠泵連軸器或壓輥脫開空載試車時，發(fā)現(xiàn)變頻器進線電流與輸 電流相差很大。這種現(xiàn)象是正常的，電機空載時，變頻器的輸入輸出電流主要是無功電流；變頻器的輸入電流實際上就是中間電容的充電電流。由于電機空載時，變頻器所驅(qū)動的負載遠小于變頻器所允許的zui小負載。ABB司ACF變頻器zui小負載為1/8額定負載，施耐德公司ATV變器zui小負載為20％額定負載，SIEMEMNS公司6SE70變頻器zui小負載為額定負載的一半，已超出了變頻器內(nèi)建電機模型的范圍，輸出電流大、輸出電壓低是變頻器內(nèi)部控制所致。當(dāng)電機帶負載時，變頻器的輸出輸入電流，輸出電壓即恢復(fù)正常。
（2）變頻器與上層控制系統(tǒng)的接口
    在目前的變頻器應(yīng)用中，變頻器與上層DCS或PLC控制系統(tǒng)均是分別通過開關(guān)量、模擬量I／O進行接口的。這種接口方式簡單，可以滿足目前大多數(shù)應(yīng)用。通過RS485、Profibus、Modibus等通信方式與變頻器接口，能在線修改變頻器內(nèi)部的各項設(shè)定，能在線監(jiān)視變頻器及其拖動的各項參數(shù)，但這要在DCS或PLC程序中設(shè)置相關(guān)的接口模塊軟件，這是發(fā)展趨勢。
    上層控制系統(tǒng)可以利用通用變頻器本身所具有的PID、PI控制功能來完成某些工藝過程的調(diào)節(jié)，不僅可以簡化DCS、PLC程序，而且還可以充分利用變頻器的各項功能。
（3）變頻器驅(qū)動對電動機的影響
    變頻器輸出的電壓波形是不同脈寬的方波，不是正弦波，它含有高次諧波分量，因而電機的各項損耗均有所上升。同時，隨著轉(zhuǎn)速的降低，自風(fēng)扇冷卻電機的冷卻能力將顯著降低，從而導(dǎo)致電機溫升的提高。在特殊場合，比如導(dǎo)絲輥電機，可以考慮使用獨立的高速強冷風(fēng)扇，但這相應(yīng)增加了維修工作量。變頻器提高開關(guān)頻率雖然可以降低電機的噪聲，使電機的輸入電流波形接近正弦波，但由于提高開關(guān)頻率所帶來的脈沖寬度越來越窄，電壓上升速度很高，這對電機定子繞組匝間絕緣電壓影響很大，從而使得繞組的首尾匝經(jīng)常成為電機絕緣失效的故障點。當(dāng)在變頻器與電機間使用長電纜時，將會在電纜上產(chǎn)生強烈的駐波，嚴(yán)重時會使電機的端電壓增加1倍。因此，對用于變頻驅(qū)動的普通電機的絕緣結(jié)構(gòu)進行加強是必要的，在B級（zui高允許溫度130～C）絕緣溫升下運行的普通電機中采用F級（zui高允許溫度155℃）絕緣已成為西方國家通行的規(guī)范。