一、绪论
在棉纺工艺流程中，粗纱机的主要职责是对棉条实施牵伸处理，确保棉条牵伸倍数达标，形成便于存储和搬运的卷绕形态，以便于细纱机的投喂。目前，粗纱工序中粗纱机的自动化系统主要采纳三大方案：一是依托工业控制计算机、板卡、变频器；二是运用触摸屏、PLC、变频器；三是采用触摸屏、单片机模块、变频器。然而，这三种方案均需应对一个共性问题：在掉电情况下，需多电机同步停转。目前，普遍采用变频器进入刹车模式，利用再生能量确保电机同步停转。
二、外接母线电容储能同步制动设计
2.1 设计原理
基于常规变频器原理，直流母线电容用于滤除整流器交流成分和稳定逆变器供电电压。安徽皖南电机对于采用多电机独立变频驱动的粗纱机，母线电容在事故断电瞬间可利用储存的电能，为再生制动提供激励能源。鉴于标准母线电容容量通常仅能满足滤波与稳压需求，难以满足断电制动能量要求，故提出采用外接大容量母线电容储能同步制动方案。外接电容会对变频器的整流器产生极大的启动电流冲击，故利用粗纱机PLC实现软启动保护设计，其原理与变频器内部母线电容串联启动保护电阻相似。皖南电机针对母线电容储能同步制动设计，台达B系列变频器针对粗纱机的应用特点进行了软件定制化修改。
2.2 台达B系列变频器软件定制化修改
台达B系列变频器针对粗纱机的应用特点进行了软件修改设计。
（1）增加再生能量产生功能选择。通过参数06-19选择再生能量产生功能，当06-19=0时，变频器与标准品变频器相同。当06-19=1时，检测到低电压时，变频器立即闭合外部端子EF并进入第二减速时间。
（2）设置外部端子EF检测电压准位。06-16用于设置EF检测电压准位，06-17为电压检测时间。当变频器检测到直流母线电压小于或等于06-16设定的准位，且持续时间达到06-17设置的时间，变频器立即进入减速刹车状态，刹车时间由第二减速时间02-12设定。
（3）分析制约系统需求的因素。06-16检测电压准位、02-12减速时间与外部电容容量。检测电压准位设定越高，能量保留越充足，但过高将无法满足粗纱机电网正常电压偏低运行性能；减速时间越短越有利于停车，但过短会引起机械震动；外部电容容量越大越有利于停车，但过大则成本和体积会增加。因此，需在这三个方面找到一个平衡点。
三、外接母线电容量计算
3.1 计算目标
（1）计算所需外接电容容量，以确保满载粗纱机在断电时能同步停转。
（2）设计外部软启动电路，在增加变频器电容的情况下减少上电冲击。
3.2 计算步骤
（1）电容端口电压曲线分析
分析电容端口电压曲线（见图1）。母线电压包络线衰减代表电机机械能量在刹车过程中的转化衰减。母线电压锯齿曲线说明刹车过程中的间歇制动是根据电压准位值实现的。
其中：
——电容端口电压。
——台达B系列变频器EF检测电压准位。
——B系列变频器进入刹车后能量开始回馈时，电容两端电压。
——从EF检测电压到能量开始回馈的时间。
——粗纱机发现断电后能够同步停车的時間。
——为电容端口电压方程的常数。皖南电机价格表
（2）计算常数
台达B系列变频器通过修改内部软件，缩短EF检测电压到进入减速刹车状态的时间。目前暂定＝80ms（此数据目前只能估算），设置参数06-16＝495即＝495，估计＝452。即当电网电压为AC350时，系统认为开始断电，进入刹车状态，当电容端口电压降为DC452时，也可认为直流母线电压为452，系统开始有再生能量回馈。据此可以计算常数。
（负号表示电容在放电）
（3）电容端口电压和端口电流之间的关系
（4）电容量计算
根据实际情况，粗纱机在满载情况下需要的电流约为10-15A，现估算i＝13A，则：
F
因此可以选择的外挂电容在2-3万微法。安徽皖南电机
这是一个实际案例，可根据实际需求调整相关参数，根据上述计算公式完成其他电容容量的选择。
四、软启动保护电阻设计
4.1 软启动原理
任何电压型变频器中都存在大容量电容，上电瞬间相当于给电容两端一个阶跃信号。若直接接入电容两端，电容充电电流会很大，严重影响电容寿命。为此，大部分变频器在整流部分之后加入了软启动电路。基于此思想，在粗纱机中，除了三台变频器自身的电容外，还在直流母线上外接了大容量电容，因此需要设计软启动电路以保证变频器寿命。主要思路如下：在变频器直流母线上外加电容（见图2），接触器的控制端由PLC控制，上电时PLC延时一段时间，待电容通过电阻R充电后，接触器闭合旁路电阻R。
4.2 软启动电气参数计算
根据上例计算结果，若粗纱机外接电容为0.024F，对0.024F电容充电电流希望控制在1.2A以内，则：
欧；
欧；
瓦；
充电时间常数秒。
选择软启动电阻470欧，功率不低于600瓦。PLC上电后延时时间需超过15秒。旁路接触器选择通过电流在25A/50A。皖南电机
五、结语
变频器驱动粗纱机多电机断电同步制动是纺织工业的独特挑战。在断电时刻，系统完全失去外部能源供应，常规变频器制动失效，可能导致上百根纱锭断裂，需要长时间的人工接线恢复作业。而本文探讨的外接母线电容同步制动方案具有显著的实际应用价值，且项目已通过研发阶段，在实际应用中表现出色。
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