[論文摘要]： 　　本文討論化纖紡絲機(jī)多電機(jī)同步（比例同步）傳動(dòng)的要求，變頻調(diào)速方案的選擇以及稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速在化纖紡絲機(jī)上的應(yīng)用。 一、化纖紡絲機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)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(tái)紡絲機(jī)有許多紡絲位（12部位、24部位……更多部位），同一個(gè)功能的不同紡位的電動(dòng)機(jī)幾十臺(tái)，同一紡位不同功能的電動(dòng)機(jī)幾臺(tái)，它們對(duì)電氣傳動(dòng)的要求非常嚴(yán)格，對(duì)于濕紡工藝的晴綸、維綸及人造纖維中的粘膠纖維，對(duì)電氣傳動(dòng)要求也類似?；w紡絲機(jī)是一個(gè)多電機(jī)、小功率的同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（含比例同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。它對(duì)電氣傳動(dòng)的要求可以概括為："四高"和"一少"。 　　"四高"：即高同步性（一臺(tái)絲機(jī)不同紡位的電機(jī)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(dá)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(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)8000～9000r/min，甚至12000r/min）；高可靠性（至少保證一年安全連續(xù)運(yùn)行8000h）。一少：即少維修或免維修，毋需看顧。 二、化纖紡絲機(jī)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(jī)"四高一少"的要求，選擇控制方案。 　　（1）異步電動(dòng)機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速VVVF+IM開環(huán) 　　雖然電路簡(jiǎn)單、可靠性大，但是轉(zhuǎn)速精度難以達(dá)到0.5～0.01%，所以一般不會(huì)選用。 　?。?）異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速VVVF+IM閉環(huán) 　　該控制方案，每個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)雖可達(dá)0.5～0.01%指標(biāo)，但是幾十個(gè)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(gè)閉環(huán)系統(tǒng)都有速度傳感器，故障率會(huì)高些，可靠性這個(gè)指標(biāo)不能滿足，故此方案也不宜被采用。 　?。?）永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速VVVF+SM開環(huán) 　　由于同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精度僅決定供電頻率精度，與負(fù)荷變化無(wú)關(guān)。為此，通常采用高精度的變頻調(diào)速器和永磁同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)，無(wú)需采用閉環(huán)控制，就可保證電機(jī)轉(zhuǎn)速精度達(dá)到0.1%～0.01%。 　　對(duì)于滌綸高速紡POY和超高速紡工藝來(lái)講，轉(zhuǎn)速8000～12000r/min，這樣高的電機(jī)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(dòng)機(jī)的結(jié)合，無(wú)需采用閉環(huán)控制，就可以保證電機(jī)轉(zhuǎn)速精度達(dá)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(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的狀況，大致可分為以下三個(gè)階段： 　　（1）大變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng) 　　由一臺(tái)大功率變頻器U來(lái)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)MS，如圖1所示。電動(dòng)機(jī) 可逐臺(tái)起動(dòng)或分組起動(dòng)。 　　優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、控制方便，不需加任何措施，可保證多電機(jī)同步運(yùn)行。 　　缺點(diǎn)：變頻器容量必須選用很大；單臺(tái)電動(dòng)機(jī)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(dòng)]/uploadpic/tech/2008/1/20080123143425923124.gif[/IMG] 圖1 大變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)[/align] 　?。?）多臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng) 　　每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)均 由一臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng)，一一對(duì)應(yīng)，如圖2所示。 　　對(duì)比大變頻器驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)： 　　a、一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，變頻器容量基本上與電動(dòng)機(jī)相同； 　　b、某臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)應(yīng)變頻 器停止工作，不會(huì)影響整臺(tái)紡絲機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 　　但也存在問(wèn)題： 　　a、總設(shè)定、總起動(dòng)調(diào)節(jié)需另加環(huán)節(jié)； 　　b、n臺(tái)變頻器輸出頻率會(huì)有離散性，存在一定的誤差，為達(dá)到轉(zhuǎn)速同步，需加串行通信接口。 [align=center][IMG=圖2 多臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng)]/uploadpic/tech/2008/1/2008012314361777669C.gif[/IMG] 圖2 多臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng)[/align] 　?。?）公用直流電源多臺(tái)小逆變器驅(qū)動(dòng) 　　如圖3所示。采用公用直流小逆變器驅(qū)動(dòng)，除了保持小變頻器驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)外，還具有下列優(yōu)點(diǎn)： 　　a、可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)和再生制動(dòng)狀態(tài)的能量自動(dòng)補(bǔ)償。如紡絲牽伸聯(lián)合機(jī)、晴綸預(yù)牽伸再牽伸機(jī)及滌綸短絲后處理的七輥牽伸機(jī)等，為保持一定的牽伸張力，被拖電機(jī)必須處于制動(dòng)狀態(tài)。公用直流母排連在一起，被拖電機(jī)變成發(fā)電機(jī)經(jīng)續(xù)流二極管整流成直流回饋到直流母線，電機(jī)不但無(wú)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(tái)電動(dòng)機(jī)停車。某臺(tái)電機(jī)停得慢時(shí)，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(tái)電機(jī)停得快，直流母排繼續(xù)對(duì)它供電，使其停車慢些，最終各臺(tái)電動(dòng)機(jī)基本上一起停下來(lái)。 　　c、可以防止瞬時(shí)停電帶來(lái)的停役故障。變頻器有一個(gè)致命弱點(diǎn)，即抗電網(wǎng)瞬時(shí)停電能力差。一般幾個(gè)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(jì)量泵部分。如果有兩個(gè)獨(dú)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(huì)停車。 　　d、重要設(shè)備電動(dòng)機(jī)可設(shè)置"輔助運(yùn)行逆變器"切換回路，見圖4。 [align=center][IMG=圖3 公用直流電源多臺(tái)小逆變器驅(qū)動(dòng)]/uploadpic/tech/2008/1/200801231438477501615.gif[/IMG] 圖3 公用直流電源多臺(tái)小逆變器驅(qū)動(dòng) [IMG=圖4 輔助運(yùn)行逆變器切換回路]/uploadpic/tech/2008/1/2008012314391880609W.gif[/IMG] 圖4 輔助運(yùn)行逆變器切換回路[/align] 　　化纖紡絲機(jī)變頻調(diào)速歸納如下： 　　（1）采用高精度的變頻器； 　　（2）采用稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)； 　　（3）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(tái)小逆變頻器方案。 三、稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在化纖紡絲機(jī)上的應(yīng)用 　　1、滌綸長(zhǎng)絲紡絲卷繞機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)（見圖5）。 [align=center][IMG=圖5 滌綸長(zhǎng)絲紡絲卷繞機(jī)電氣傳動(dòng)]/uploadpic/tech/2008/1/20080123144030735079.gif[/IMG] 圖5 滌綸長(zhǎng)絲紡絲卷繞機(jī)電氣傳動(dòng)[/align] 　　圖5長(zhǎng)紡絲卷繞機(jī)電氣傳動(dòng)圖。一臺(tái)紡絲機(jī)有48個(gè)紡絲位， 它對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有以下要求： 　?。?）、同步和比例同步運(yùn)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(dòng)機(jī)必須保持絕對(duì)同步運(yùn)轉(zhuǎn)；同一紡位而功能不同的電動(dòng)機(jī)之間必須保持比例協(xié)調(diào)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證牽伸倍數(shù)一致。為此，48只計(jì)量泵電動(dòng)機(jī)由一臺(tái)變頻器U1供電，同理所有導(dǎo)絲輥、磨擦輥、橫動(dòng)輥都分別由U2、U3、U4、U5供電。變頻器均選高精度、數(shù)字設(shè)定。 　?。?）、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 　　化纖紡絲機(jī)為了達(dá)到高速度和高精度多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，幾乎都采用小型同步電動(dòng)機(jī)，其中永磁式同步電動(dòng)機(jī)居多，反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)少數(shù)（起動(dòng)電流大，失步力矩?。?。目前浙江中源電氣有限公司制造的永磁同步電機(jī)已在45kw以下，而且價(jià)格僅為進(jìn)口同類電機(jī)的1/3左右。由于采用永磁同步電動(dòng)機(jī)，可使用開環(huán)控制變頻調(diào)速，TYBZ稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)具有更優(yōu)的電氣性能和節(jié)能效益。 　　2、晴綸濕法紡絲機(jī)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(duì)電氣傳動(dòng)有嚴(yán)格的要求。每組抽絲裝置由一套紡絲設(shè)備和一套計(jì)量泵設(shè)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(jī)與計(jì)量泵之間需要保持嚴(yán)格地比例同步聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，精度亦為0.5%。 　　我國(guó)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(jìn)了晴綸紡絲設(shè)備。都采用變頻調(diào)速同步電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。安慶采用最先進(jìn)的公用直流電源多臺(tái)小逆變器方案（圖6所示，見后頁(yè)）。1996年開始金山石化和安慶石化的技改項(xiàng)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(dòng)機(jī)，并逐漸替代進(jìn)口的電機(jī)。 　　圖6中一條晴綸紡絲線有相同的六個(gè)紡絲單元，每個(gè)紡絲單元有5臺(tái)計(jì)量泵同步電動(dòng)機(jī)，由于逆變器供電，所以6個(gè)單元逆變器共用一臺(tái)整流器。六臺(tái)紡絲輥電機(jī)則分別由另一組整流器的二臺(tái)逆變器供電。 [align=center][IMG=圖6 晴綸紡絲機(jī)共用直流電源變頻調(diào)速系統(tǒng)（計(jì)量泵部分）]/uploadpic/tech/2008/1/2008012314422192458K.gif[/IMG] 圖6 晴綸紡絲機(jī)共用直流電源變頻調(diào)速系統(tǒng)（計(jì)量泵部分）[/align]