工程师分享:多电机变频控制系统在短纤维后纺设备中的应用
品慧电子讯短纤维设备包括前纺处理和后纺处理两大设备。其中后纺设备和工序包括:集束;牵伸浸油;卷曲;热定型;切断;打包;检验;成品;出厂。其中最为重要的是从牵伸到卷曲的工艺过程,该流程中共有4个传动机构(一道牵伸、二道牵伸、三道牵伸、卷曲),在传统的工艺中采用一台大电机通过机械齿轮来单轴控制4个传动。由于单轴传动的弱点逐渐凸显出现,如齿轮箱损坏率高、牵伸比调节困难、单轴容易断裂等。因此在目前进口的化纤后纺设备中基本上都采用独立变频传动的方式来实现。在采用独立变频传动的同时,有二个最重要的问题必须要加以解决:(1)发电及能量反馈的问题;(2)同步牵伸的问题。二者都是由于化纤后纺工艺的需要,后纺的一个重要任务就是要使纤维丝通过牵伸速度的不同来达到工艺要求,这就导致了一道和二道牵伸经常处于发电状态;同时必须保证4个独立传动在加减速和恒速中同比例升速,这就引出了同步牵伸的问题。1、 多电机传动系统的建构在化纤后纺的4个独立传动辊中,为保持一定的牵伸比,通常一道牵伸和二道牵伸处于发电状态,三道牵伸和卷曲则处于电动状态。1.1 电动和发电通常从变频器调速系统的二种运行状态,即电动和发电。在变频调速系统中,电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的,在频率减小的瞬间,电机的同步转速随之下降,而由于机械惯性的原因,电机的转子转速未变。当同步转速w1小于转子转速w时,转子电流的相位几乎改变了180度,电机从电动状态变为发电状态;与此同时,电机轴上的转矩变成了制动转矩Te,使电机的转速迅速下降,电机处于再生制动状态。电机再生的电能P经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网,仅靠变频器本身的电容吸收,虽然其他部分能消耗电能,但电容仍有短时间的电荷堆积,形成“泵升电压”,使直流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。


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1.3 直流输入回路直流输入回路负责提供多电机传动系统的直流电源,其主要部件为整流器。但是我们知道,当AC/DC电源启动时,将产生一个高达系统标称电流50倍的启动电流对输入电容(本文主要是指VF1-VF4变频器的电解电容)充电。该启动电流会导致主电源上电压降的产生,从而影响连接到同一个电源网络上的其它设备的正常工作,甚至熔断输入线路熔丝。通常情况下离线电源的前端由一个桥式整流器和一个大容量滤波电容组成,启动时对大容量滤波电容的充电会在输入端产生一个称之为启动电流的浪涌电流。如果不限制这一启动电流,那么输入熔丝就可能熔断或者可能触发电路保护断路器。因此直流输入回路的核心问题是控制启动电流。解决该问题的一种方案是将阻抗与一个硅通路元件或者机电继电器并联,再与整流器串连,这样就可以大大降低冲击电流,以保证直流输入回路的可靠性。1.4 多电机传动的特点化纤后纺设备采用共用直流母线的多电机传动控制方式,具有以下显著的特点:a. 共用直流母线和共用制动单元,可以大大减少整流器和制动单元的重复配置,结构简单合理,经济可靠。b. 共用直流母线的中间直流电压恒定,电容并联储能容量大;c. 各电动机工作在不同状态下,能量回馈互补,优化了系统的动态特性;d. 提高系统功率因数,降低电网谐波电流,提高系统用电效率。2、多电机传动牵伸同步的控制在化纤后纺设备的四道传动(三道牵伸加卷曲)中,其牵伸比的确定必须以四个传动电机的速度同步为基准。通常情况下,有一个主给定信号,同步控制的目标就是将这个信号按照牵伸比的要求均匀分配到M1、M2、M3、M4四个变频器中去,保证四传动无论在加速、恒速或者减速过程中都能保持同步的比例性。以下主要讨论目前较为常用的三种同步控制方案。

2.2 脉冲信号同步控制在电子技术中,脉冲信号是一个按一定电压幅度,一定时间间隔连续发出的脉冲信号。我们将第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间间隔称为周期;而将在单位时间(如1秒)内所产生的脉冲个数称为频率。通常情况下,最大输入脉冲频率可以在0.1KHz到50KHz之间选择。VF1变频器在主令电位器的控制下输出同步脉冲数给VF2,VF2接受脉冲数进行运转并同时输出同步脉冲数给VF3,直到VF4。由于脉冲信号的数字处理技术和抗干扰能力强,因此在同步控制中也被广泛使用。2.3 通讯总线同步控制通过网络设定频率是一种高精度的频率设定,其具有通讯速率高,稳定可靠,接线简单等优点,而且在模拟量控制时,输出端经过一个数模转换器,经过导线,进入输入端(变频器)又需要经过一个模数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差,而通讯传递直接是数字量不需要转换,没有误差,在传输过程中不会造成损耗,而且响应速度率也会很高。通常情况下,同步控制可采用RS485总线的异步通讯控制方式,如图(3)所示。选用变频器标准内置的RS485可以方便实现与上位机的通讯,同时也可挂现场总线或局域网,通过网络进行信息交换,主要有PROFIBUS、Modbus、FF等对应不同的网络及总线形式,但必须配用专用接口卡。相关阅读:
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