FDY紡絲卷繞機(jī)變頻器的技術(shù)改造

梁偉雄

(廣東新會美達(dá)錦綸股份有限公司，廣東 新會529100)

變頻器調(diào)速系統(tǒng)是FDY設(shè)備電氣系統(tǒng)中重要的組成部分，它的穩(wěn)定性、故障率及維修費(fèi)用將直接影響生產(chǎn)機(jī)臺的效率。上世紀(jì)90年代，我司引進(jìn)了德國巴馬格FDY設(shè)備紡絲線，其配套的電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用巴馬格BVS－25系列的專用變頻器控制。鑒于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制回路、各種調(diào)節(jié)器及信號發(fā)生器都是模擬電路，其控制精度低、穩(wěn)定性差、故障率高。更換IGBT逆變模塊需要2 000元/只，主板驅(qū)動板需要1 000元/塊，CPU控制板更需要每塊數(shù)千元，因此這樣的運(yùn)行成本很高，同時(shí)生產(chǎn)設(shè)備受到很大的限制。隨著現(xiàn)代微電子及電力電子技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字化、高開關(guān)頻率、矢量控制特點(diǎn)的變頻器已全面推向市場，其控制精度高、穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本大幅下降。2005年，我司工程技術(shù)人員采用日本安川F7變頻器，對其進(jìn)行系統(tǒng)安裝及調(diào)試。本文詳細(xì)介紹了RGTK－2R4拖動柜的功能和F7安川變頻器的參數(shù)設(shè)置以及制動電阻的選配，為FDY紡絲卷繞機(jī)變頻器技術(shù)改造提供了理論和技術(shù)依據(jù)。

1 原卷繞機(jī)變頻器的特性及現(xiàn)狀分析

1.1 變頻器的特性

德國巴馬格FDY卷繞機(jī)采用巴馬格BVS－25－2ZV1 9KVA的專用變頻器控制，其主要特性為:采用V/f壓頻比控制方式、設(shè)定頻率的分辨率0.1 Hz、輸出頻率0～400 Hz、最高載波頻率4 kHz。

1.2 現(xiàn)狀分析

隨著使用時(shí)間的增加，變頻器內(nèi)部元件逐漸老化，電容漏電，經(jīng)常出現(xiàn)黑屏、過流、過載等報(bào)警，通過日常維修，其弊端主要有以下幾方面:

(1)主板強(qiáng)弱電之間沒有嚴(yán)格分開布線，這樣容易引起主板的短路，造成變頻器損壞。

(2)變頻器輸出含有豐富的高次諧波，容易使電機(jī)的功率因數(shù)及效率下降，電動機(jī)的電流增加10%，而溫升增加20%左右，影響電動機(jī)的使用壽命。

(3)IGBT逆度模塊關(guān)斷能力差，容易擊穿。一方面由于變頻多次過載或電網(wǎng)電壓波動較大，使得其脈動電流大，主板CPU來不及反映關(guān)斷采取保護(hù)措施所造成的。另一方面隨著使用時(shí)間的增加，主板的驅(qū)動光耦4502、4503開始老化，電容漏電及EH10－22R驅(qū)動板損壞等也容易造成IGBT逆變模塊短路擊穿。

(4)輸出接觸器經(jīng)常吸合不正常，有時(shí)會掉電、亂跳，造成變頻器無輸出，結(jié)果發(fā)現(xiàn)因?yàn)殚_關(guān)電源出來引接觸器線包一路電源的濾波電容漏電而引起電壓偏低，無故停機(jī)。

2 改造方案的提出

我司德國巴馬格FDY紡絲線電氣調(diào)速系統(tǒng)采用巴馬格BVS－25系列的專用變頻器控制。全線共有變頻器96臺，其中卷繞機(jī)變頻器32臺，冷/熱輥?zhàn)冾l器32臺，計(jì)量泵變頻器16臺，油劑泵變頻器16臺。一種方案提出將全部變頻器進(jìn)行改造，僅此一項(xiàng)新變頻器的投資就達(dá)100多萬元。同時(shí)更換下來的變頻器不能用作其他生產(chǎn)線上，造成不必要的浪費(fèi)。另一種方案是保留原有系統(tǒng)，只對8臺卷繞機(jī)變頻器進(jìn)行改造，這樣不僅大大降低了改造成本，同時(shí)更換下來的變頻器可作為其他部位變頻器的備用，有效減少機(jī)臺的停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。

2005年我司與北京中紡精業(yè)機(jī)電設(shè)備有限公司合作，采用日本安川CIMR－F7A4011 11 kW變頻器對8臺卷繞機(jī)的BVS－25－2ZV1 9KVA的專用變頻器進(jìn)行技術(shù)改造。

3 系統(tǒng)的安裝

北京中紡精業(yè)設(shè)計(jì)的RGTK－2R4拖動柜是專門為巴馬格卷繞機(jī)變頻改造的拖動柜。每臺拖動柜由8臺日本安川F7變頻器組成，2臺拖動柜可完成對8臺卷繞機(jī)16只變頻器的控制功能。

3.1 卷繞機(jī)電動機(jī)驅(qū)動線

接線端子1XT為電動機(jī)驅(qū)動接線端子，從左到右前3個(gè)端子接電動機(jī)三相火線，第4個(gè)端子接電動機(jī)的接地線，按順序如此類推。

3.2 卷繞機(jī)控制線

接線端子2XT為卷繞機(jī)的主頻開控制接線端子，端子1、3、5、7、9、11、13、15接巴馬格控制柜端子的A6X2的P10;端子2、4、6、8、10、12、14、16接巴馬格控制柜端子的A6X2的P2。

3.3 卷繞機(jī)頻率信號線

端子3XT接從巴馬格的DCS上來的給定頻率。端子1、4、7、10、13、16、19、22接巴馬格控制柜端子的 A5X1的 P1;端子2、5、8、11、14、17、20、23接巴馬格控制柜端子的A5X1的P2。

3.4 變頻狀態(tài)信號線

端子4XT接變頻器正常運(yùn)行的輸出信號，端子1、3、5、7、9、11、13、15接巴馬格控制柜端子的 A6X2的 P14;端子2、4、6、8、10、12、14、16接巴馬格控制柜端子A6X2的P2。

3.5 RPM2023變頻柜運(yùn)轉(zhuǎn)控制模塊

RPM2023控制模塊是把巴馬格的DCS給定頻率信號轉(zhuǎn)換成實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻器設(shè)定頻率。每面柜子配有8個(gè)模塊，每個(gè)模塊對應(yīng)不同的通訊地址(面對模塊從左到右為1～8)，即對應(yīng)變頻器與顯示板的通訊地址，在顯示板上顯示其對應(yīng)1～8的變頻參數(shù)，其接線原理如圖1所示。

4 系統(tǒng)的調(diào)試

4.1 安川F7變頻器參數(shù)設(shè)置

安川CIMR－F7A4011變頻器是電流矢量控制通用變頻器，其功能強(qiáng)大。在調(diào)試過程中，除了正確的外圍接線外，變頻器的參數(shù)必須進(jìn)行有效設(shè)置。否則變頻器不能運(yùn)轉(zhuǎn)或運(yùn)行過程中出現(xiàn)過電流、過載等情況。卷繞機(jī)的電動機(jī)采用西門子1LA5 113－2AA99－Z型號的同步電機(jī)，其功率為4.25 kW，額定電流16.5 A，壓頻比為4.5 V/Hz，極對數(shù)2P=2。F7變頻器的參數(shù)設(shè)置及壓頻曲線見圖 2［1］。

圖1 RPM2023運(yùn)轉(zhuǎn)模塊接線原理圖

圖2 v/f壓頻曲線

A1－01=4 全部參數(shù)顯示

A2－02=0 無PG，V/f控制

b1－01=4 脈沖序列輸入

b1－02=1 端子控制開/停

C1－01=10秒 加速時(shí)間

C1－02=10秒 減速時(shí)間

E1－01=400 V 變頻器輸入電壓

E1－03=F 自定義V/f曲線

E1－04=300 Hz 最高輸出頻率Fmax

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E1－05=360 V 最大電壓Vmax

E1－06=80 Hz 基本頻率FA

E1－07=1 Hz 中間輸出頻率FB

E1－08=5 V 中間輸出頻率電壓VC

E1－09=0 Hz 最低輸出頻率Fmin

E1－10=0 V 最低輸出頻率電壓Vmin

E2－01=16.5 A 電機(jī)額定電流

4.2 安川F7變頻制動電阻的選擇

FDY紡絲卷繞機(jī)的A、B輥?zhàn)詣忧袚Q后，減速的卷繞輥電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。此時(shí)將產(chǎn)生過電壓，所以變頻器的容量選擇應(yīng)有一定的余量，同時(shí)應(yīng)配備制動單元和制動電阻。A、B輥?zhàn)冾l器可以互相作制動單元，而對于制動電阻，工程上可按下式計(jì)算其阻值［2］。

式中:uC—制動單元動作電壓值，一般為710 V;

TB—制動轉(zhuǎn)矩;

Te—電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩;

n—制動前電機(jī)轉(zhuǎn)速。

從式(1)中TB為制動轉(zhuǎn)矩，也可以通過工程上計(jì)算其標(biāo)稱值［2］

式中:G2—電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，可由電機(jī)特性查得，N·m;

G1—電機(jī)負(fù)載側(cè)折算到電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量，N·m;

n1—制動前速度;

n2—制動后速度;

TS—減速時(shí)間;

TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

從式(1)中可以得出，當(dāng)制動轉(zhuǎn)矩小于或等于額定轉(zhuǎn)矩的20%時(shí)，無需設(shè)置制動電阻，也就是可以不考慮制動方案。由電機(jī)內(nèi)部的有功損耗作用下可以將中間直流回路電路電壓限制在過電壓保護(hù)動作值以下。但實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于卷繞機(jī)線速度非常高，達(dá)到10 000 r/min以上，同時(shí)A、B輥切換頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)過電壓，過載等情況。因此必須引入制動電阻，經(jīng)計(jì)算，選擇日本安川CIMR－F7A4011 11 kW變頻器，需配套1.5 kW/50 Ω的制動電阻，實(shí)際運(yùn)行時(shí)并未出現(xiàn)過電流及過電壓跳閘。

5 結(jié)論

(1)本項(xiàng)技改克服了巴馬格變頻器故障多，維修費(fèi)用高及備件不足的情況，提高了生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性。

(2)安川F7變頻器可靠性高，功能強(qiáng)大。頻率設(shè)定分辨為0.01 Hz，精度高于原變頻器的10倍，最高載波頻率可達(dá)15 kHz，靜噪音低，運(yùn)行電流小，有完善的各種保護(hù)功能，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)際運(yùn)行頻率、電壓、電流值，得到了工藝員的認(rèn)可。

(3)投資成本少。2臺RGTK－2R4拖動柜投資16萬元，原調(diào)速系統(tǒng)的巴馬格BVS－25－2ZV1 9 kV的專用變頻器大約5萬元/臺，通過對8臺卷繞機(jī)16只變頻器的改造，節(jié)省大約80萬元的維修費(fèi)用。

(4)提高產(chǎn)品的效益。未改造之前，卷繞機(jī)的變頻器的輸出頻率越高，對電機(jī)的使用壽命影響越大。因此卷繞機(jī)的線速度最高只能達(dá)到4 300 m/min。經(jīng)改造后，安川F7變頻器可以降低對電機(jī)使用壽命的影響，卷繞機(jī)的線速度可達(dá)到5 200 m/min，可見產(chǎn)品生產(chǎn)效益得到了明顯的提高。

［1］安川機(jī)電:株式會社.安川變頻F7使用說明書［Z］.

［2］韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.