變頻控制系統在大型脫水機中的應用

一，大型脫水機能廣泛用于紡織業的染整、洗水、織造、賓館旅游業水洗物料的脫水以及陶瓷化工、選礦等廠家，目前國內廣泛使用的主要有HSB型滑動支承式大型脫水機。

二，本文以HSB系列的大型脫水機為例介紹變頻控制系統的應用。該脫水機主要由滑動支承組件、外殼組件、錐體轉筒組件、驅動電機等組成。電機的轉軸與錐體連在一起，當電機轉軸旋轉時，帶水的紡織物在錐體轉筒內，在離心力的作用下，紡織物的水甩向轉筒的外壁，從轉筒壁上的排水孔向底盤從地下排水道排掉，達到脫水的目的。整機支承在三個滑動支承座上，并設有振動振幅控制裝置，它控制由于紡織物在錐體轉筒內放置不平衡、錐體在運轉過程中振幅超過了一定值時切斷主機電源，使機器停止工作，最終起到安全保護的作用。

三，本系列的大型脫水機的工作流程分為3個部分：

1、 進布方式：帶水的紡織物從落布架上進入到錐體轉筒中，此時脫水機以低速正向運行， 保證可以手工進行紡織物的堆放調整；

2、 脫水方式：帶水的紡織物在錐體轉筒的高速離心力作用下，達到脫水的目的，此時脫水機從低速逐漸加速，最終高速運行，然后在設定的脫水時間結束后，逐漸減速運行直至停止；

3、 出布方式：脫水后的紡織物從錐體轉筒經過落布架輸送到成品車上，此時脫水機以低速反向運行。

四，大型脫水機變頻控制系統：

1、由于大型脫水機屬于大慣性、近似的恒轉矩負載，必須選用交流變頻器的基礎上配置制動單元和制動電阻才能滿足系統的要求。本系統采用的是華為TD2000-4T0110G變頻器，它具有優化空間矢量PWM調制、轉矩補償、自動節能運行、電壓AVR自整定等一系列功能，其接線主回路和控制回路如圖2所示。

2、在TD2000變頻器的外圍線路中，主要分三個部分：(1)直流母線P、N端接制動單元P、N端，然后再由制動單元的P、PB端外接制動電阻BR，Tk為制動單元的內部繼電器，當本單元出現故障時，Tk動作，通過變頻器的端子X3定義，瞬間封鎖U/V/W輸出，并在變頻器上產生故障信號。(2)控制回路輸入端子中，FWD/REV為正/反轉信號、X1/X2為定義為二段頻率設定的多功能輸入端子，其中FWD/REV/ X1/X2/COM互相配合實現脫水機的三種工作方式(即C1正向高速運行，C2低速正向運行，C3低速方向運行)；X3為定義為外部故障常開輸入的多功能輸入端子，配合制動單元的內部繼電器Tk，實現制動保護。(3)控制回路輸出端子中，TA和TC為變頻器的故障指示，外接故障燈；FM和GND外接0~10V的直流數顯儀(頻率或轉速指示)；Y1和COM為開路集電極輸出，在本系統定義為“運行”信號。

五，變頻控制系統的制動特性

實現脫水機的制動特性必須包含制動單元和制動電阻。

六， 制動單元的設置和應用

制動單元的安裝和配線必須注意下述幾點：(1) 安裝環境的溫度、濕度、腐蝕情況、通風情況等必須符合說明書要求；(2) 與變頻器相連時，請選用不同顏色的導線，防止P/N接反，否則將燒毀制動單元并損壞變頻器；(3) P、N配線需選用600V耐壓等級電導線，配線長度應盡量短，如長度超過5M，需采用雙絞線。

七，本制動單元采用華為TDB-4C01-0150，它具有如下的基本功能：

1、參數設定

動作電壓設定：通過撥碼開關NO.3可以設定動作電壓設定值660V或710V(默認值)。

制動使用率：通過撥碼開關NO.1、NO.2可以設定制動單元的工作使用率，默認值為10%，但由于本系統對制動要求比較高，設置為75%。

2、 故障報警

模塊異常：當直流回路發生短路、過載或IGBT模塊損壞時制動單元報警，故障繼電器Tk動作，紅燈亮。

散熱器過熱：制動單元散熱器過熱報警，故障繼電器Tk動作，紅燈亮。

制動單元故障后，其內部繼電器Tk馬上動作，通過對變頻器輸入端子X3的定義(F121=6 即將X3定義為外部故障常開輸入)即可瞬間封鎖U/V/W輸出，并在變頻器的OP面板為E015(即外部設備故障報警)。

3、制動電阻的選擇

在制動單元的工作剛才中，直流母線的電壓升降取決于常數RC，R為制動電阻的阻值，C為變頻器電解電容的容量。由充放電曲線我們知道，RC越小，母線電壓的放電速度越快，在變頻器中C保持一定的情況下，R越小，母線電壓的放電速度越快。

我們通常由以下公式求出制動電阻的阻值

式中：Uc 制動單元動作電壓值，一般為710V/660V

Tb 制動轉矩

Tm 電動機額定轉矩

本系統制動電阻采用2Kw/30歐姆的標稱規格，可以適應自動脫水機的正常制動。

4、變頻器的參數設置

八，本系統采用華為TD2000系列的變頻器，為適應大慣量負荷的運行需求，需要進行如下的參數設置：

1、啟動方式

參數號F21=2 轉速跟蹤再啟動

變頻器在啟動前，通過檢測電機的轉速和方向，實施對旋轉中電機的平滑無沖擊啟動。此種啟動方式特別適合停機狀態有正轉或反轉現象的大慣性負載的瞬時停電再啟動。

2、停機方式

參數號F30=0 減速停止

變頻器在接到運行停止命令后，按照減速時間逐漸減少輸出頻率而最后停機。這時候的制動，就可以在此過程中自動加入。

3、過壓失速功能

參數號F38=1過壓失速功能選擇允許；F39=145% 過壓失速點為直流母線電壓基準值×145% ，變頻器在減速運行過程中，由于負載慣性的影響，可能會出現電機轉速的實際下降率低于輸出頻率的下降率，此時電機會回饋電能給變頻器，造成變頻器直流母線電壓升高，到660V時制動單元動作，由于制動單元存在一定的使用率，如果高慣量的影響持續的話，就會出現直流母線電壓持續升高，此時若不采取措施，還是會出現過壓跳閘。因此，有了過壓失速保護功能，就能在減速運行中自動比較過壓失速點與實際的直流母線電壓，若后者超過了前者，就讓變頻器輸出頻率停止下降，直到再次檢測到后者低于前者時，才讓變頻器實施減速運行。

4、輸入輸出端子功能選擇

參數號F119=1 端子X1功能為多段頻率端子1；

參數號F120=2 端子X2功能為多段頻率端子2；

參數號F121=6 端子X3功能為外部故障常開輸入；

參數號F128=0 端子Y1功能為變頻器運行中信號；

5,、加減速時間

參數號F09=500 加速時間為500s；F10=550 減速時間為550s

由于負載慣性的影響，必須將大型脫水機電機轉速的加減速時間設定為合理的數值，如果時間過短，就會出現變頻器過流、過壓等故障；如果時間過長，設備的運行效率就會大大降低。