1、引言 滌綸短絲裝置是上海石化股份公司滌綸部西區(qū)的一個主要裝置，共有六條生產(chǎn)線，設(shè)計單線產(chǎn)量為1.5萬噸/年。前紡電氣傳動采用德國AEG公司SEMIVERTER變頻器及永磁同步電動機，后紡采用直流電動機長軸傳動。該紡絲裝置是我國80年代初自己設(shè)計、自行制造的大型生產(chǎn)裝置，雖然建成初期創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益和社會效益，但是由于受到歷史條件的局限，出現(xiàn)了一些先天性不足，產(chǎn)品的種類和單耗達不到部頒標準，不能適應(yīng)市場的需要，為此在原一號線位置上改造、引進了一條3萬噸/年滌綸短絲生產(chǎn)線（簡稱新生產(chǎn)線），電氣傳動采用德國西門子6SE70系列變頻器和永磁同步電動機（前紡）、異步電動機（后紡）。本文就共用直流母線多逆變器調(diào)速系統(tǒng)在紡絲線上的應(yīng)用作一些探討。 2、合成纖維紡絲機變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展概況 合成纖維紡絲機變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展大致可分為3個階段: （1） 大變頻器調(diào)速 由一臺大功率變頻器來驅(qū)動多臺永磁同步電動機。電動機可逐臺起動或分組啟動。優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、控制方便，可保證多電機同步運行。缺點是變頻器容量必須選用很大;單臺電動機短路故障有可能引起變頻跳閘，造成整臺紡絲機停車。 （2） 多臺小變頻器驅(qū)動 每臺電動機均有一臺小變頻器驅(qū)動。對比大變頻器驅(qū)動，優(yōu)點有:a）、一臺變頻器驅(qū)動一臺電機，可以實現(xiàn)軟起動，變頻器容量基本與電動機相同;b）、當(dāng)某臺電動機發(fā)生故障時，對應(yīng)變頻器停止工作，不會影響整臺紡絲機的正常運轉(zhuǎn)。缺點是:a）、總設(shè)定、總啟動需另加調(diào)節(jié)環(huán)節(jié);b）、幾臺變頻器輸出頻率會有離散性，為達到轉(zhuǎn)速同步，需加串行通信接口。 （3） 共用直流電源多臺小逆變器驅(qū)動 采用共用直流電源多臺小逆變器驅(qū)動。除了保持小變頻器拖動的特點外，更重要的是可以實現(xiàn)再生發(fā)電制動，也可防止電網(wǎng)瞬時低電壓（含瞬時失電）帶來的停役故障。 3、滌綸短纖維紡絲裝置對電氣控制系統(tǒng)的基本要求及對原有拖動系統(tǒng)的分析 （1） 滌綸短纖維紡絲裝置對電氣控制系統(tǒng)的基本要求 紡絲機對電氣傳動的要求為“四高”和“一少”。 ●四高:即高同步性（一臺紡絲機不同紡位的電機轉(zhuǎn)速要求橫向轉(zhuǎn)速一致，縱向比例同步）;高精確性（轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，精確度高達0.1%～0.01%）;高轉(zhuǎn)速或甚高轉(zhuǎn)速（在沒有升速齒輪箱條件下，電機轉(zhuǎn)速高達8000～9000r/min）;高可靠性（至少保證一年安全連續(xù)運行8000小時）。 ● 一少:即少維修或免維修，無須照看。在采用了高精度的變頻調(diào)速器和永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)后，高同步、高精度、高轉(zhuǎn)速和少維修可以實現(xiàn)，但高可靠性還做不到，影響了紡絲裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)生產(chǎn)。以3萬噸/年短絲生產(chǎn)線為例，其日產(chǎn)量為100噸短纖維，若外來電網(wǎng)瞬時低電壓（或瞬時失電），引起計量泵變頻器停役電機停轉(zhuǎn)，會造成聚酯熔體壓力增大，迫使聚酯裝置熔體增壓泵停止，從而影響聚酯裝置正常生產(chǎn)。 （2） 原有電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)缺點 原1.5萬噸/年短絲直接紡裝置的變頻器屬于第一代變頻器，即一臺變頻器驅(qū)動多臺永磁同步電動機，此類變頻器在技術(shù)上采用公用換流環(huán)節(jié)，具有輔助充電裝置的換流電路。優(yōu)點是:a）、即使直流電壓很低時也能可靠換流。b）、在短時間內(nèi)數(shù)倍額定電流（最大為3倍）時，也能可靠換流。c）、變頻器由空載狀態(tài)到負載狀態(tài)時，能夠迅速抑制起動電流的極限值。但變頻裝置在運行中尚存在以下不足之處:a）、短絲裝置由于多臺電動機共用一臺變頻器，無法實現(xiàn)軟起動，所以選用時既要考慮到最高頻率時直接起動，又要考慮到若干臺電機高速運轉(zhuǎn)時，某一紡位故障排除后又繼續(xù)投入運行，因此變頻器容量不得不選用偏大。b）、紡絲機故障停臺率偏高。但因變頻器不能承受電網(wǎng)瞬時低電壓（含瞬時失電），而由于雷電、電纜接地故障及開關(guān)倒閘操作，定會出現(xiàn)瞬時低壓現(xiàn)象，造成變頻器停役，致使整臺紡絲機停產(chǎn)，釀成巨大損失。c）、無法實現(xiàn)再生發(fā)電制動。后紡采用直流拖動，電動機維護和保養(yǎng)很麻煩，牽伸比調(diào)節(jié)也很困難。 4、前紡裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)特點分析（由UPS供電、小逆變器永磁同步電動機開環(huán)同步拖動系統(tǒng)） 新生產(chǎn)線的前紡部分變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖1。前紡裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)主要是由UPS供電、小逆變器永磁同步電動機開環(huán)同步拖動系統(tǒng)組成，前紡裝置的主要改進是電源系統(tǒng)采用UPS（西門子System4233，330kVA）供電。 正常情況下由市電進行供電，若電網(wǎng)瞬時失電或低電壓，由電子開關(guān)控制自動切換到蓄電池供電，確保逆變器不受影響。為保證紡絲的精度，前紡沒有采用1臺逆變器帶1臺電動機的控制方式，而是由2臺大逆變器分別向32臺計量泵電機（永磁同步電動機）提供可變頻交流電源。裝置控制采用集散式數(shù)字工藝控制系統(tǒng)（DCS）和微處理機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在兩臺逆變器之間用PLC加串行通信接口組成開環(huán)控制，確保兩變頻器的輸出頻率相同，即保證了32臺計量泵電動機轉(zhuǎn)速的絕對同步。與原生產(chǎn)線相比，雖然一次性投入較大，但可確保在瞬時低電壓（含瞬時失電）時，計量泵可正常工作，提高經(jīng)濟效益。在前紡調(diào)速系統(tǒng)中，32臺計量泵電動機、7輥導(dǎo)絲輥電動機及喂入輪電動機的所有逆變器均接在共用直流母線上。 5、后處理裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)特點分析 后紡裝置的變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖2。后處理裝置中牽伸、緊張熱定型、疊絲、卷曲的拖動采用共用直流多逆變器變頻調(diào)速系統(tǒng)，其逆變器接同一直流母線。電動機則采用大功率的異步電動機。共用直流母線由＃1、＃2整流裝置供電。兩套整流器的疊加既可擴大容量，又可減少紋波和諧波，穩(wěn)定直流電壓。與原生產(chǎn)線相比有如下優(yōu)點: （1） 采用共用直流母線可以自適應(yīng)調(diào)整不同牽伸比條件下被拖電動機的制動力矩。比如對某一設(shè)定好的牽伸比，頭道、二道、三道牽伸機的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，由于絲的張力作用，在沒有制動功能時，頭道牽伸輥會被后面牽伸輥拖著跑，而現(xiàn)在采用共用直流母線的變頻調(diào)速后，一旦n1的數(shù)值超過設(shè)定值，電動機便進入了再生發(fā)電制動狀態(tài)。一方面被拖電機變成發(fā)電機，發(fā)出的電能經(jīng)續(xù)流二極管整流變成直流回饋到直流母線，電動機不僅無須從電網(wǎng)吸收能量，還可將制動能量供給其他逆變器，既可穩(wěn)定直流母線電壓，又由于電動機容量較大（如第二牽伸機電動機為400KW），電能節(jié)約也相當(dāng)可觀。另一方面，被拖電動機處于制動狀態(tài)，只要設(shè)置相應(yīng)的頻率比，就能控制轉(zhuǎn)速比，確保了牽伸比控制精度。 （2） 滌綸短絲后處理牽伸緊張熱定型聯(lián)合機組是滌綸短纖維生產(chǎn)中的一道關(guān)鍵工序，主要承擔(dān)著將原絲按一定牽伸倍率進行拉伸和定型。滌綸部原短絲裝置的后紡?fù)蟿佑梢慌_功率較大的直流電動機拖動一根機械長邊軸，再帶動各道牽伸輥、緊張熱定型輥等。直流電動機雖然在調(diào)速的范圍、調(diào)速的精度及動態(tài)響應(yīng)等方面性能較好，但直流拖動最致命的問題就是直流電動機的維護和保養(yǎng)很麻煩，并且對環(huán)境要求也較高。另外采用長邊軸傳動，若要改變生產(chǎn)品種，則牽伸比的調(diào)節(jié)較困難，并且精度也達不到要求，這樣勢必會影響產(chǎn)品質(zhì)量、品種翻改以及高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。新生產(chǎn)線采用交流變頻調(diào)速，各道牽伸輥具有獨立的變頻傳動，只需改變各變頻器的頻率就能方便調(diào)整工藝需要的牽伸倍率。從投產(chǎn)后的生產(chǎn)情況分析，生產(chǎn)的滌綸短纖維品種增加（其中1.33dtex有光縫紉線銷量占全國銷量的1/2以上）、質(zhì)量提高、單耗下降，停車故障大幅減少，經(jīng)濟效益顯著。 疊絲機、卷曲機也采用共用直流母線多逆變器調(diào)速方案，只是功率較小，不再討論。切斷機則為獨立變頻器，和一般變頻調(diào)速原理相同，在此不再展開。 6、結(jié)束語 （1） 如上所述，共用直流母線變頻調(diào)速技術(shù)是可靠的，雖然一次投入較高，但每年可以減少停車2～3次，按一條3萬噸/年生產(chǎn)線計算，可減少PET放流8～12噸，同時還可避免因停車造成的纖維質(zhì)量波動（一次停車將影響144～216噸纖維的質(zhì)量穩(wěn)定性），如此計算不用幾年就可收回改造費用。 （2） 由于采用共用直流母線變頻調(diào)速技術(shù)，使整體生產(chǎn)條件處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而給改變產(chǎn)品規(guī)格、調(diào)整工藝參數(shù)帶來極大便利。過度時間短，廢絲少，工藝調(diào)整精確。 （3） 從新生產(chǎn)線實際運行情況看，共用直流多逆變器調(diào)速系統(tǒng)在滌綸短纖維的生產(chǎn)中優(yōu)勢突出，代表了紡絲機拖動的發(fā)展方向。但在后紡部分仍不能完全排除電網(wǎng)失電對變頻器的影響，如變頻器一旦停役會使正在牽伸的一段滌綸絲（約100m）報廢。改進方法可采用兩個獨立的交流電源供電，分別經(jīng)整流器整流后送至共用直流母線（需用二極管隔離），一旦失掉一路電源，仍有另一路交流電源支持，不會停車。另外，前紡卷繞紡絲裝機容量196kW，UPS輸出容量330kW，實際使用的容量較小，需要注意。 參考文獻 [1] 劉亮喜. 化纖紡絲機的變頻調(diào)速系統(tǒng)[J]. 電世界， 1998,（8）:10-11. [2] 張仁飛. 滌綸二廠短絲前紡變頻調(diào)速現(xiàn)狀分析暨改造方案. 金山石油化纖，1993,（2）:26-28. [3] 范士強. system/UPS在3萬噸/年短絲裝置中的應(yīng)用[C]. 技術(shù)論文,2002.