CN113266557A - 一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，在需要控制计量泵停机的情况下，控制计量泵电机快速刹车，并对电机进行抱闸。包括控制器、三相桥式电路、一组继电器、一组三相接触器、供电电源。当需要控制计量泵停机时，控制继电器断开计量泵电机与变频器间的连接，系统处于自由模态；当转速低于第一阀值时，进入刹车模态，对电机三相绕组进行主动短路操作，从而产生高幅值制动转矩，实现电机的快速停车；当转速低于第二阀值时，进入抱闸模态，利用三相桥式电路向电机通入直流电流实现抱闸，防止由于熔体惯性导致的计量泵自转，避免生产废料。

Description

一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统
技术领域
本发明涉及一种计量泵主动抱闸系统，属于电力电子与电力传动领域。
背景技术
20世纪80年代以来，计量泵在结构、控制方式等方面得到了迅速发展。作为化纤工业涤纶长丝生产中纺丝机内最关键的部件之一，计量泵的作用是对进入纺丝机内的熔体进行增压并精确计量至纺丝组件内。计量泵上端通过传动装置与电机相连，目前多利用变频器对电机进行控制，考虑到成本问题，一台变频器通常需要控制多台计量泵。当由于生产或设备故障等原因需要关停某台或某几台计量泵时，只能通过继电器、空气开关等硬件开关将需要关停的计量泵切除，电机自由刹车。然而，旋转的熔体由于惯性通常会带着计量泵一起旋转，导致熔体管道无法冷冻或生产废料等问题。常规的解决方案是通过机械式抱闸装置防止计量泵自转，该方法不仅低效且具有较大的安全隐患。
发明内容
技术问题：针对上述技术问题，提出一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，实现计量泵快速停机并进行抱闸。
技术方案：一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，包括控制器、三相桥式电路、第一继电器、第二继电器、第一三相接触器、第二三相接触器、供电电源；
供电电源由直流电源串接功率二极管构成，输出端连接三相桥式电路的输入端，所述三相桥式电路的输出端通过第二三相接触器连接熔体计量泵电机；变频器通过第一三相接触器连接熔体计量泵电机；控制器分别连接所述三相桥式电路的控制端以及第一三相接触器、第二三相接触器的控制端；第一继电器为单路常闭继电器，用于控制所述第一三相接触器；所述第二继电器为单路常开继电器，用于控制所述第二三相接触器；
所述主动抱闸系统包括三个运行模态：自由模态、刹车模态与抱闸模态；
所述自由模态具体为：利用所述控制器控制第一继电器断开第一三相接触器，此时熔体计量泵电机处于自由刹车状态，实时检测电机转速，当转速低于第一阀值时，控制第二继电器打开第二三相接触器，进入刹车模态；
所述刹车模态具体为：控制所述三相桥式电路使熔体计量泵电机进入主动短路状态，当电机转速低于第二阀值时，进入抱闸模态；
所述抱闸模态具体为：采用PWM控制所述三相桥式电路的任意一相，该相即为控制相，并导通其余两相的下桥臂，通过转速电流双闭环控制的方式向所述控制相通入直流电流实现抱闸运行；所述转速电流双闭环控制包括转速外环与电流内环，均采用PI控制器实现；所述转速外环给定值设置为0，外环控制器输出作为电流内环的给定，所述电流内环输出所述控制相上桥臂的占空比，上下桥臂互补导通。
进一步的，所述刹车模态中，控制所述三相桥式电路使熔体计量泵电机进入主动短路状态的控制方法包括如下三种方式，方式一：同时导通三相桥式电路的上桥臂，并关断下桥臂；方式二：同时导通三相桥式电路的下桥臂，并关断上桥臂；方式三：交替采用所述方式一与方式二。
进一步的，所述第一阀值与第二阀值分别由供电电源中的功率二极管反向击穿电压与直流电源电压决定，电机转速下降到第一阀值时，电机反电势峰值不高于二极管反向击穿电压，电机转矩下降到第二阀值时，电机反电势峰值不高于直流电源电压。
有益效果：本发明提供的化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，采用数字控制，有利于实现生产流程的远程化与自动化，具有操作简单、成本低廉、可靠性高等优势，能够防止由于熔体惯性导致的计量泵自转问题，提高了机器关停效率，避免生产废料。
附图说明
图1为本发明的化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统结构示意图；
图2为化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统控制流程图；
图3为化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统刹车模态下方式一原理图；
图4为化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统刹车模态下方式二原理图；
图5为化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统刹车模态下方式三原理图；
图6为化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统抱闸模态下电路原理图；
图7为化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统抱闸模态下系统控制框图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，包括控制器1、三相桥式电路2、第一继电器3、第二继电器4、第一三相接触器5、第二三相接触器6、外围电路7、供电电源8，外围电路7包括测温、散热、通信电路。
供电电源8的输出端连接三相桥式电路2的输入端，三相桥式电路2的输出端通过第二三相接触器6连接熔体计量泵电机9；变频器10通过第一三相接触器5连接熔体计量泵电机9；控制器1分别连接三相桥式电路2的控制端以及第一三相接触器5、第二三相接触器6的控制端；第一继电器3为单路常闭继电器，用于控制第一三相接触器5，确保在抱闸系统或其供电电源损坏时，计量泵能够进行正常生产活动；第二继电器4为单路常开继电器，用于控制所述第二三相接触器6。本例中，直流电源8选用24V。
主动抱闸系统应用于熔体计量泵电机9需要停机的情况，控制熔体计量泵电机9快速停车，并进行抱闸，防止由于熔体惯性导致的计量泵自转现象，避免生产废料。如图2所示，主动抱闸系统包括三个运行模态：自由模态、刹车模态与抱闸模态。
自由模态具体为：利用控制器1控制第一继电器3断开熔体计量泵电机9与变频器10之间的第一三相接触器5，此时，电机绕组不与变频器连接，处于自由刹车状态，并实时检测电机转速，当转速低于第一阀值时，控制第二继电器4打开与熔体计量泵电机9连接的第二三相接触器6，进入刹车模态。
刹车模态具体为：控制三相桥式电路2使熔体计量泵电机9进入主动短路状态，可以采用三种方式实现。方式一，如图3所示，同时导通述三相桥式电路2的上桥臂，并关断下桥臂；方式二，如图4所示，同时导通三相桥式电路2的下桥臂，并关断上桥臂；方式三，如图5所示，交替采用上述的方式一与方式二。当电机转速低于第二阀值时，进入抱闸模态。
抱闸模态具体为：采用PWM控制三相桥式电路2的任意一相，该相即为控制相，并导通其余两相的下桥臂，通过转速电流双闭环控制的方式向控制相通入直流电流实现抱闸运行。本例选用A相位控制相，系统在抱闸模态下的电路图如图6所示。系统在抱闸模态下的控制框图如图7所示，转速电流双闭环控制包括转速外环与电流内环，均采用PI控制器实现。所述的转速外环给定值N *设置为0，外环控制器输出作为电流内环的给定i a *，电流内环输出与三相载波进行比较进而获得相上桥臂的占空比，上下桥臂互补导通。
具体的，第一阀值、第二阀值分别由供电电源8中的功率二极管反向击穿电压与直流电源电压决定，电机转速下降到第一阀值时，电机反电势峰值不高于二极管反向击穿电压，电机转矩下降到第二阀值时，电机反电势峰值不高于直流电源电压。本例以一台额定转速1500rpm、额定反电势有效值为380V的典型永磁同步电机以及反向击穿电压为100V、额定电流为20A的典型功率二极管为例，第一阀值不高于278rpm，选取为250rpm，第二阀值不高于67rpm，选取为50rpm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，其特征在于，包括控制器(1)、三相桥式电路(2)、第一继电器(3)、第二继电器(4)、第一三相接触器(5)、第二三相接触器(6)、供电电源(8)；
供电电源(8)由直流电源串接功率二极管构成，输出端连接三相桥式电路(2)的输入端，所述三相桥式电路(2)的输出端通过第二三相接触器(6)连接熔体计量泵电机(9)；变频器(10)通过第一三相接触器(5)连接熔体计量泵电机(9)；控制器(1)分别连接所述三相桥式电路(2)的控制端以及第一三相接触器(5)、第二三相接触器(6)的控制端；第一继电器(3)为单路常闭继电器，用于控制所述第一三相接触器(5)；所述第二继电器(4)为单路常开继电器，用于控制所述第二三相接触器(6)；
所述主动抱闸系统包括三个运行模态：自由模态、刹车模态与抱闸模态；
所述自由模态具体为：利用所述控制器(1)控制第一继电器(3)断开第一三相接触器(5)，此时熔体计量泵电机(9)处于自由刹车状态，实时检测电机转速，当转速低于第一阀值时，控制第二继电器(4)打开第二三相接触器(6)，进入刹车模态；
所述刹车模态具体为：控制所述三相桥式电路(2)使熔体计量泵电机(9)进入主动短路状态，当电机转速低于第二阀值时，进入抱闸模态；
所述抱闸模态具体为：采用PWM控制所述三相桥式电路(2)的任意一相，该相即为控制相，并导通其余两相的下桥臂，通过转速电流双闭环控制的方式向所述控制相通入直流电流实现抱闸运行；所述转速电流双闭环控制包括转速外环与电流内环，均采用PI控制器实现；所述转速外环给定值设置为0，外环控制器输出作为电流内环的给定，所述电流内环输出所述控制相上桥臂的占空比，上下桥臂互补导通。
2.根据权利要求1所述的一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，其特征在于，所述刹车模态中，控制所述三相桥式电路(2)使熔体计量泵电机(9)进入主动短路状态的控制方法包括如下三种方式，方式一：同时导通三相桥式电路(2)的上桥臂，并关断下桥臂；方式二：同时导通三相桥式电路(2)的下桥臂，并关断上桥臂；方式三：交替采用所述方式一与方式二。
3.根据权利要求1所述的一种化工用涤纶熔体计量泵主动抱闸系统，其特征在于，所述第一阀值与第二阀值分别由供电电源(8)中的功率二极管反向击穿电压与直流电源电压决定，电机转速下降到第一阀值时，电机反电势峰值不高于二极管反向击穿电压，电机转矩下降到第二阀值时，电机反电势峰值不高于直流电源电压。
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