缠丝机的节能控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种缠绕预应力钢丝的缠丝设备，特别是一种缠丝机的节能控制系统。

背景技术：

缠丝是保证管道抗外压、内压的一道主要工序，而缠丝又是通过缠丝机来实现，所以缠丝机是保证管道质量的重要设备。缠丝机(又称绕丝机)是用于需要缠绕预应力钢丝的预应力钢筒混凝土管、三阶段预应力混凝土管等混凝土管道的缠丝设备；现有的缠丝丝使用的缠丝原理主要包括差速法、配重法、电热法与液压张拉法等，其中现在使用最广泛的是差速法缠丝机。现在的差速缠丝机从结构形式分主要有立式和卧式两种，其机械结构形式不同，但其机械工作原理(如图1所示)和电气控制原理(如图2所示)相同，以立式差速缠丝机为例，现有差速缠丝机主要采用直流电机和直流调速装置，缠丝机在主要工作状态即缠丝时，回转平台电机驱动固定在平台上的管道按要求速度和方向旋转，使钢丝可以缠绕到管道上；应力发生装置电机用来驱动应力轮，其工作在转矩方式，其力矩大小按工艺里应力值来设定、调整，主要是保证缠到管道上钢丝达到工艺所规定应力要求；下预排丝筒电机用来驱动预排丝筒，其工作在转矩方式，其力矩大小按工艺需要设定、调整，主要是保证排丝筒与应力轮之间的钢丝保持一定的张力，使得应力轮上的钢丝不产生打滑现象，以免钢丝上的应力产生较大波动；上预排丝筒电机此时一般作预排丝用，工作在速度方式，把钢丝按要求排到排丝筒上，当下筒钢丝用完时，切换到上筒来进行缠丝，反之亦然。从现有缠丝机的工作原理和电气控制原理来分析，在缠丝时回转平台电机驱动管道旋转时，钢丝行进方向与应力轮和排丝筒的力矩方向相反，应力发生装置电机和下预排丝筒电机处于发电机状态，电机的再生电能通过整流装置反馈回电网，由于应力发生装置电机和下排丝筒电机运行速度和电流的随机性，导致再生电能存在以下缺点：1、电压的大小与电网电压不相等；2、频率与电网频率可能不一致；3、电压的相序与电网不一致；4、电压的相位和电网的相位不相同；4、电压的波形和电网的波形不相同；5、在发生换相失败时，会导致损坏器件；6、在回馈时，对电网有谐波污染。这样会导致出现以下问题：(1)、容易影响继电器误动作，严重威胁供配电系统的稳定与安全运行；(2)、电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量；(3)、对电力设备的危害：当电网存在谐波时，电容无功功率补偿系统投入电容器后其两端电压增大，通过电容器的电流增加，使电容器损耗功率增加,其次，谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗。因此，现有的技术存在着能耗较高以及容易对电网产生污染的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种缠丝机的节能控制系统。本实用新型具有能够提高节能效果和有效减少对电网污染的特点。

本实用新型的技术方案：缠丝机的节能控制系统，包括变频组件，变频组件上设有直流母线，变频组件输出端连接有交流电机组，变频组件的输入端连接有三相进线电源；所述交流电机组包括回转平台交流电机、应力发生装置交流电机、上预排丝筒交流电机和下预排丝筒交流电机。

前述的缠丝机的节能控制系统中，所述变频组件包括整流单元和多个逆变单元，整流单元输入端与三相进线电源相连，整流单元输出端与直流母线相连，多个逆变单元并联于直流母线；回转平台交流电机、应力发生装置交流电机、上预排丝筒交流电机和下预排丝筒交流电机分别与相应的逆变单元相连。

前述的缠丝机的节能控制系统中，逆变单元和直流母线之间还设有保护开关组。

前述的缠丝机的节能控制系统中，所述变频组件包括4个并联于三相进线电源上的变频器，每个变频器上均设有直流母线，相邻变频器上的直流母线之间依次相互串联；回转平台交流电机、应力发生装置交流电机、上预排丝筒交流电机和下预排丝筒交流电机分别与相应的变频器相连。

前述的缠丝机的节能控制系统中，相邻的变频器之间的直流母线上还设有保护开关组。

前述的缠丝机的节能控制系统中，所述变频组件包括4个依次并联于三相进线电源上的变频器，4个变频器之间经直流母线依次相互并联；回转平台交流电机、应力发生装置交流电机、上预排丝筒交流电机和下预排丝筒交流电机分别与相应的变频器输出相连。

前述的缠丝机的节能控制系统中，变频器与直流母线之间还设有保护开关组。

前述的缠丝机的节能控制系统中，所述变频器包括依次相连的整流模块和逆变模块。

与现有技术相比，本实用新型通过将交流变频技术及直流母线技术相结合，采用变频组件和交流电机组相互配合的方式，在缠丝机这一多电机传动系统中，缠丝机在缠丝时应力发生装置电机和下预排丝筒电机处于发电机状态，而其他电机处于电动机状态，将应力发生装置电机和下预排丝筒电机所产生的再生电能，通过变频组件的逆变单元反馈到直流母线中，经直流母线把电能直接供给需要消耗电能的其他交流电机，无需反馈回电网，避免了谐波对电网污染而引起的各种问题，既能大幅提高节能效率，又能解决污染电网的问题。在节能上，以缠dn3200管道，全应力值为42kn为例，使用直流调速系统耗能为295kw.h，使用本申请的技术方案后，耗能约为90kw.h，节能效果明显。在电网污染方面，采用交流变频技术和直流母线技术相结合的方式，可以利用变频器和直流母线直接把设备运行时的再生电能利用起来，而无需反馈回电网，解决了多电机系统中由于各个电机运行状态不同以及运行状态的实时变化而引起的各种问题，减少设备的耗能和故障率，减少了设备运行对电网的负面影响，有效提高了经济效益和促进了环境保护；促进了电网稳定、可靠的安全运行，减少了谐波对电力设备的危害以及各种电能损耗。综上所述，本实用新型具有能够提高节能效果和有效减少对电网污染的特点。

附图说明

图1是本实用新型的立式差速缠丝机的结构展开原理图；

图2是现有的立式差速缠丝机的电气控制原理图；

图3是实施例1的控制原理图；

图4是实施例2的控制原理图；

图5是图4的局部放大图；

图6是实施例3的控制原理图。

附图中的标记为：1-整流单元，2-逆变单元,3-三相进线电源，4-直流母线，5-回转平台交流电机，6-应力发生装置交流电机，7-上预排丝筒交流电机，8-下预排丝筒交流电机，9-变频器，10-保护开关组，901-整流模块，902-逆变模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例1。缠丝机的节能控制系统，构成如图3所示，包括变频组件，变频组件上设有直流母线4，变频组件输出端连接有交流电机组，变频组件的输入端连接有三相进线电源3；所述交流电机组包括回转平台交流电机5、应力发生装置交流电机6、上预排丝筒交流电机7和下预排丝筒交流电机8。

所述变频组件包括整流单元1和多个逆变单元2，整流单元1输入端与三相进线电源3相连，整流单元1输出端与直流母线4相连，多个逆变单元2并联于直流母线4；回转平台交流电机5、应力发生装置交流电机6、上预排丝筒交流电机7和下预排丝筒交流电机8分别与相应的逆变单元2的输出端相连。

逆变单元2和直流母线4之间还设有保护开关组10。

所述整流单元的型号为md810-20-4t-355；所述逆变单元的型号可以为md810-50-4t-200或md810-50-4t-160。

本说明书相关叙述都以下排丝筒为例，上排丝筒同理。

三相进线电源通过整流单元把三相380伏电压整流成510伏左右直流电压，该电压通过直流母线分配给四个逆变单元e1～e4，缠丝机在进行缠丝工作时：e1驱动的回转平台交流电机通过回转平台使管道作旋转运动，使钢丝可以缠绕到管道上，回转平台交流电机5处于电动机状态，需要消耗电能，应力发生装置交流电机6和下预排丝筒交流电机8处于发电机状态，e2和e4工作在再生反馈状态，电机所产生的再生电能通过逆变单元反馈到直流母线中，再生反馈的电能完全可以由e1和e3消耗掉，不会导致直流母线电压的升高，所以也不需要通过反馈电网或接制动电阻等形式来消耗电能，真正起到节约能源和环保的作用，在控制上，设备上电时，接触器km1～km4，可以按一定间隔时间顺序依次导通即可，再在直流单元与逆变单元之间增加快速熔断器，以避免某个逆变单元发生故障时，通过直流母线导致故障扩大化。

该技术方案使用的元器件最少，结构简单，实现控制容易，运行稳定可靠。

保护开关组包括相互串联的熔断器fu和控制通断用接触器km。

实施例2。缠丝机的节能控制系统，构成如图4和图5所示，包括变频组件，变频组件上设有直流母线4，变频组件输出端连接有交流电机组，变频组件的输入端连接有三相进线电源3；所述交流电机组包括回转平台交流电机5、应力发生装置交流电机6、上预排丝筒交流电机7和下预排丝筒交流电机8。

所述变频组件包括4个并联于三相进线电源3上的变频器9，每个变频器9上均设有直流母线4，相邻变频器9上的直流母线4之间依次相互串联；回转平台交流电机5、应力发生装置交流电机6、上预排丝筒交流电机7和下预排丝筒交流电机8分别与相应的变频器的输出端相连。直流母线为分段式的直流母线。

相邻的变频器9之间的直流母线4上还设有保护开关组10。

所述变频器9包括依次相连的整流模块901和逆变模块902。

本实用新型的工作原理：采用四台标准变频器e1～e4及其直流母线。变频器e2～e4的直流母线是级联到e1的直流母线上，三相进线电源通过变频器上的整流模块把三相380伏电压整流成510伏直流电压，同理，e1驱动的回转平台交流电机处于电动机状态，需要消耗电能，应力发生装置交流电机6和下预排丝筒交流电机8处于发电机状态，e2和e4工作在再生反馈状态，交流电机所产生的再生电能通过逆变模块的电路反馈到直流母线中，由e1和e3所连接的电机完全消耗掉，起到节约能源和环保的作用。为了避免变频器在上电时充电电压与母线上电压互相冲突而导致器件损坏，以及一个变频器发生故障时通过直流母线而导致故障扩大化，增加相关保护电路避免这些现象的发生，每个变频器的直流母线之间增加了快速熔断器fu1、fu11、fu2、fu22、fu3、fu33和断开接触器km1～km4。

实施例3。缠丝机的节能控制系统，构成如图6所示，包括变频组件，变频组件上设有直流母线4，变频组件输出端连接有交流电机组，变频组件的输入端连接有三相进线电源3；所述交流电机组包括回转平台交流电机5、应力发生装置交流电机6、上预排丝筒交流电机7和下预排丝筒交流电机8。

所述变频组件包括4个依次并联于三相进线电源上的变频器9，4个变频器9之间经直流母线4依次相互并联；回转平台交流电机5、应力发生装置交流电机6、上预排丝筒交流电机7和下预排丝筒交流电机8分别与相应的变频器9的输出端相连。

变频器9与直流母线之间还设有保护开关组10。所述直流母线为4个变频器共用的直流母线。

所述变频器9包括依次相连的整流模块901和逆变模块902。

变频器e2～e4的直流母线是并联的方式接到e1的直流母线上。

三相进线电源通过变频器上的整流模块把三相380伏电压整流成510伏直流电压，同理，e1驱动的回转平台交流电机处于电动机状态，需要消耗电能，应力发生装置交流电机6和下预排丝筒交流电机8处于发电机状态，e2和e4工作在再生反馈状态，电机所产生的再生电能通过逆变模块的电路反馈到直流母线中，由e1和e3所连接的电机完全消耗掉，起到节约能源和环保的作用。