變頻器應用在粘膠短纖維生產線中

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摘要：介紹變頻器在粘膠短纖維生產線中的應用。包括電氣設計、容量的選擇、控制回路設計；并對變頻器應用中遇到的問題予
  　在粘膠短纖維生產線的各個環(huán)節(jié)中，有許多工藝參數(shù)需要調節(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。還有一些設備裝置需要通過改變電機轉速實現(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)的調速方式相比有節(jié)能、裝置集成度高、維護簡便、無級調速、控制簡單、運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。隨著變頻器技術的發(fā)展，不同廠家的變頻器或同一廠家不同時期的變頻器，應用要求都不盡相同。粘膠短纖維生產線對變頻器的動態(tài)性能、可靠性、可使用性、可維修性要求較高，下面就應用變頻器應注意的幾個問題加以介紹。 
1．變頻器選擇
    粘膠短纖維生產線的泵類負載，低速下負載轉矩較小，通?？蛇x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矩控制功能的變頻器。因為這種變頻器低速轉矩大，靜態(tài)機械特性好，不怕沖擊負載。
2．變頻器容量
    在變頻器的選型設計中，變頻器的容量至關重要，變頻器的容量要和所驅動的負載匹配，即要滿足：

    應以變頻器額定輸出電流 為準，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器件開關頻率
當變頻器開關頻率超過基本開關頻率（2-3kHz）時，變頻器的降容系數(shù)參見各變頻器相關規(guī)定。
（4）瞬時過載能力
當瞬時負載大于變頻器的瞬時過載能力時，按重載或高轉矩應用選擇變頻器容量，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（Q1）作為現(xiàn)場檢修或生產過程突發(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、電網允許的畸變程度、同一電源上并聯(lián)的用電設備與變頻器之間的相互影響而定，一般以選用為好。
    當電機電纜超過長度要求時，一般要求設置輸出電抗器（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％ 。變頻器驅動的電動機，當變頻器輸出電流為額定值時，電纜上的zui大電壓降應小于2％UN。否則，將降低電動機的輸出轉矩，電機電纜應該越短越好。
    當電機功率較大時，在電機控制柜上要設置電流表。電流表應測量變頻器的輸出電流，應選用電磁系儀表，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保護是電機內置的熱保護裝置，此部分回路是否設置視電機情況而定。
    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設定變頻器速度，由遠方DCS／PLC控制變頻器啟停。
4．變頻器應用中碰到的一些問題及建議
（1）變頻器驅動電機的空載運行
    將一些變頻驅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，已超出了變頻器內建電機模型的范圍，輸出電流大、輸出電壓低是變頻器內部控制所致。當電機帶負載時，變頻器的輸出輸入電流，輸出電壓即恢復正常。
（2）變頻器與上層控制系統(tǒng)的接口
    在目前的變頻器應用中，變頻器與上層DCS或PLC控制系統(tǒng)均是分別通過開關量、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部的各項設定，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程序中設置相關的接口模塊軟件，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，隨著轉速的降低，自風扇冷卻電機的冷卻能力將顯著降低，從而導致電機溫升的提高。在特殊場合，比如導絲輥電機，可以考慮使用獨立的高速強冷風扇，但這相應增加了維修工作量。變頻器提高開關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常成為電機絕緣失效的故障點。當在變頻器與電機間使用長電纜時，將會在電纜上產生強烈的駐波，嚴重時會使電機的端電壓增加1倍。因此，對用于變頻驅動的普通電機的絕緣結構進行加強是必要的，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。