[論文摘要]： 　　本文討論化纖紡絲機多電機同步（比例同步）傳動的要求，變頻調(diào)速方案的選擇以及稀土永磁同步電動機開環(huán)變頻調(diào)速在化纖紡絲機上的應用。 一、化纖紡絲機對電氣傳動的要求 　　合成纖維工業(yè)諸如滌綸、錦綸、丙綸等都是采用熔體法紡絲。一臺紡絲機有許多紡絲位（12部位、24部位……更多部位），同一個功能的不同紡位的電動機幾十臺，同一紡位不同功能的電動機幾臺，它們對電氣傳動的要求非常嚴格，對于濕紡工藝的晴綸、維綸及人造纖維中的粘膠纖維，對電氣傳動要求也類似?；w紡絲機是一個多電機、小功率的同步驅(qū)動系統(tǒng)（含比例同步驅(qū)動系統(tǒng)）。它對電氣傳動的要求可以概括為："四高"和"一少"。 　　"四高"：即高同步性（一臺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)速要求或甚高轉(zhuǎn)速（在沒有升速齒輪箱條件下，電機轉(zhuǎn)速高達8000～9000r/min，甚至12000r/min）；高可靠性（至少保證一年安全連續(xù)運行8000h）。一少：即少維修或免維修，毋需看顧。 二、化纖紡絲機變頻調(diào)速控制方案的選擇 　　1、變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案 　　為了滿足紡絲機"四高一少"的要求，選擇控制方案。 　?。?）異步電動機開環(huán)變頻調(diào)速VVVF+IM開環(huán) 　　雖然電路簡單、可靠性大，但是轉(zhuǎn)速精度難以達到0.5～0.01%，所以一般不會選用。 　?。?）異步電動機閉環(huán)變頻調(diào)速VVVF+IM閉環(huán) 　　該控制方案，每個閉環(huán)系統(tǒng)雖可達0.5～0.01%指標，但是幾十個閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)整到相同的轉(zhuǎn)速精度十分艱難麻煩。另外，每個閉環(huán)系統(tǒng)都有速度傳感器，故障率會高些，可靠性這個指標不能滿足，故此方案也不宜被采用。 　?。?）永磁同步電動機開環(huán)變頻調(diào)速VVVF+SM開環(huán) 　　由于同步電動機轉(zhuǎn)速精度僅決定供電頻率精度，與負荷變化無關。為此，通常采用高精度的變頻調(diào)速器和永磁同步電動機構(gòu)成系統(tǒng)，無需采用閉環(huán)控制，就可保證電機轉(zhuǎn)速精度達到0.1%～0.01%。 　　對于滌綸高速紡POY和超高速紡工藝來講，轉(zhuǎn)速8000～12000r/min，這樣高的電機速度也是非變頻調(diào)速莫屬。為了保證纖維的纖度均勻，采用了高精度的變頻調(diào)速器和永磁式同步電動機的結(jié)合，無需采用閉環(huán)控制，就可以保證電機轉(zhuǎn)速精度達到0.1%～0.01%水平。 　　2、變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路方案 　　化纖紡絲機變頻調(diào)速系統(tǒng)的狀況，大致可分為以下三個階段： 　?。?）大變頻調(diào)速器驅(qū)動 　　由一臺大功率變頻器U來驅(qū)動多臺永磁同步電動機MS，如圖1所示。電動機 可逐臺起動或分組起動。 　　優(yōu)點：系統(tǒng)簡單、控制方便，不需加任何措施，可保證多電機同步運行。 　　缺點：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 變頻器跳閘，造成停產(chǎn)。 [align=center][IMG=圖1 大變頻調(diào)速驅(qū)動]/uploadpic/tech/2008/1/20080123143425923124.gif[/IMG] 圖1 大變頻調(diào)速驅(qū)動[/align] 　?。?）多臺小變頻器驅(qū)動 　　每一臺電動機均 由一臺小變頻器驅(qū)動，一一對應，如圖2所示。 　　對比大變頻器驅(qū)動，優(yōu)點： 　　a、一臺變頻器驅(qū)動一臺電動機，可以實現(xiàn)軟起動，變頻器容量基本上與電動機相同； 　　b、某臺電動機發(fā)生故障時，對應變頻 器停止工作，不會影響整臺紡絲機的正常運轉(zhuǎn)。 　　但也存在問題： 　　a、總設定、總起動調(diào)節(jié)需另加環(huán)節(jié)； 　　b、n臺變頻器輸出頻率會有離散性，存在一定的誤差，為達到轉(zhuǎn)速同步，需加串行通信接口。 [align=center][IMG=圖2 多臺小變頻器驅(qū)動]/uploadpic/tech/2008/1/2008012314361777669C.gif[/IMG] 圖2 多臺小變頻器驅(qū)動[/align] 　?。?）公用直流電源多臺小逆變器驅(qū)動 　　如圖3所示。采用公用直流小逆變器驅(qū)動，除了保持小變頻器驅(qū)動的特點外，還具有下列優(yōu)點： 　　a、可以實現(xiàn)電動機電動狀態(tài)和再生制動狀態(tài)的能量自動補償。如紡絲牽伸聯(lián)合機、晴綸預牽伸再牽伸機及滌綸短絲后處理的七輥牽伸機等，為保持一定的牽伸張力，被拖電機必須處于制動狀態(tài)。公用直流母排連在一起，被拖電機變成發(fā)電機經(jīng)續(xù)流二極管整流成直流回饋到直流母線，電機不但無須從電網(wǎng)吸收能量， 還可將能量供給其它逆變器，既有利于直流母線電壓穩(wěn)定，又起到節(jié)能之目的。 　　b、可以協(xié)調(diào)整條生產(chǎn)線各臺電動機停車。某臺電機停得慢時，它將變?yōu)?U-整流器 U1-U6-逆變器 發(fā)電狀態(tài)，使其停車加快；反之，某臺電機停得快，直流母排繼續(xù)對它供電，使其停車慢些，最終各臺電動機基本上一起停下來。 　　c、可以防止瞬時停電帶來的停役故障。變頻器有一個致命弱點，即抗電網(wǎng)瞬時停電能力差。一般幾個周波掉電（大于或等于30～50ms）可足以使變頻器停役，以致生產(chǎn)損失巨大，特別是紡絲計量泵部分。如果有兩個獨立交流電源，分別經(jīng)整流器送至公用直流母排（需二極管隔離），一旦失掉一路交流電源，仍有另一路交流電源直持，不會停車。 　　d、重要設備電動機可設置"輔助運行逆變器"切換回路，見圖4。 [align=center][IMG=圖3 公用直流電源多臺小逆變器驅(qū)動]/uploadpic/tech/2008/1/200801231438477501615.gif[/IMG] 圖3 公用直流電源多臺小逆變器驅(qū)動 [IMG=圖4 輔助運行逆變器切換回路]/uploadpic/tech/2008/1/2008012314391880609W.gif[/IMG] 圖4 輔助運行逆變器切換回路[/align] 　　化纖紡絲機變頻調(diào)速歸納如下： 　?。?）采用高精度的變頻器； 　?。?）采用稀土永磁同步電動機； 　?。?）采用開環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)； 　?。?）趨向采用公用直流電源多臺小逆變頻器方案。 三、稀土永磁同步電動機變頻調(diào)速在化纖紡絲機上的應用 　　1、滌綸長絲紡絲卷繞機變頻調(diào)速系統(tǒng)（見圖5）。 [align=center][IMG=圖5 滌綸長絲紡絲卷繞機電氣傳動]/uploadpic/tech/2008/1/20080123144030735079.gif[/IMG] 圖5 滌綸長絲紡絲卷繞機電氣傳動[/align] 　　圖5長紡絲卷繞機電氣傳動圖。一臺紡絲機有48個紡絲位， 它對電氣傳動系統(tǒng)有以下要求： 　?。?）、同步和比例同步運轉(zhuǎn) 　　為了保持纖維的纖度一致，要求紡絲位不同而功能相同的電動機必須保持絕對同步運轉(zhuǎn)；同一紡位而功能不同的電動機之間必須保持比例協(xié)調(diào)同步運轉(zhuǎn)，以保證牽伸倍數(shù)一致。為此，48只計量泵電動機由一臺變頻器U1供電，同理所有導絲輥、磨擦輥、橫動輥都分別由U2、U3、U4、U5供電。變頻器均選高精度、數(shù)字設定。 　?。?）、驅(qū)動電動機 　　化纖紡絲機為了達到高速度和高精度多電機同步驅(qū)動，幾乎都采用小型同步電動機，其中永磁式同步電動機居多，反應式同步電動機少數(shù)（起動電流大，失步力矩?。Ｄ壳罢憬性措姎庥邢薰局圃斓挠来磐诫姍C已在45kw以下，而且價格僅為進口同類電機的1/3左右。由于采用永磁同步電動機，可使用開環(huán)控制變頻調(diào)速，TYBZ稀土永磁同步電動機具有更優(yōu)的電氣性能和節(jié)能效益。 　　2、晴綸濕法紡絲機變頻調(diào)速系統(tǒng) 　　紡絲部分是按紡位縱向排列的多組抽絲裝置，其生產(chǎn)工藝對電氣傳動有嚴格的要求。每組抽絲裝置由一套紡絲設備和一套計量泵設備所組成，均要求精確的連續(xù)的速度控制，其調(diào)速范圍為3:1～7.75:1，轉(zhuǎn)速精度為0.5%。全線多組抽絲裝置的紡絲機與計量泵之間需要保持嚴格地比例同步聯(lián)動運行，精度亦為0.5%。 　　我國大慶石化晴綸廠、上海金山石化晴綸廠、安慶石化晴綸廠都引進了晴綸紡絲設備。都采用變頻調(diào)速同步電機開環(huán)控制系統(tǒng)。安慶采用最先進的公用直流電源多臺小逆變器方案（圖6所示，見后頁）。1996年開始金山石化和安慶石化的技改項目中已開始采用浙江中源電氣有限公司的稀土永磁同步電動機，并逐漸替代進口的電機。 　　圖6中一條晴綸紡絲線有相同的六個紡絲單元，每個紡絲單元有5臺計量泵同步電動機，由于逆變器供電，所以6個單元逆變器共用一臺整流器。六臺紡絲輥電機則分別由另一組整流器的二臺逆變器供電。 [align=center][IMG=圖6 晴綸紡絲機共用直流電源變頻調(diào)速系統(tǒng)（計量泵部分）]/uploadpic/tech/2008/1/2008012314422192458K.gif[/IMG] 圖6 晴綸紡絲機共用直流電源變頻調(diào)速系統(tǒng)（計量泵部分）[/align]