1 　紡絲工藝及生產(chǎn)對(duì)電氣傳動(dòng)的要求 　　滌綸紡絲采用熔體法紡絲,即將干燥過的切片 由螺桿擠壓機(jī)制成紡絲熔液,經(jīng)過熔體過濾器過濾 后,紡絲熔體由計(jì)量泵計(jì)量并壓入紡絲組件,由噴絲 孔噴出的熔體細(xì)流經(jīng)紡絲側(cè)吹風(fēng)窗冷卻成形,纖維 冷卻成形后,在進(jìn)入紡絲甬道之前,進(jìn)行集束上油, 最終形成絲束纖維。 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)。 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)紡絲機(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(在沒有升速齒輪箱條件下,電機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá) 8000～ 9000 r/ min ,甚至12000 r/ min) ; 高可靠性 (至少保證一年安全連續(xù)運(yùn)行8000 h) 。“一少”:即 少維修或免維修。因此,對(duì)于滌綸高速紡POY和超 高速紡工藝來講,轉(zhuǎn)速高達(dá)8000～12000 r/ min ,非 變頻調(diào)速莫屬。采用高精度的變頻調(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 　永磁同步電機(jī)開環(huán)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng) 2. 1 　永磁同步電機(jī)的特點(diǎn) 交流同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終等于1 ,與電源頻 率完全成正比的同步轉(zhuǎn)速 Ns = 60f/ p (r/ min) 式中　f ———電源頻率; P ———極對(duì)數(shù)。 交流異步電機(jī)與同步電機(jī)的區(qū)別在于:轉(zhuǎn)速與 電源頻率不成正比,其轉(zhuǎn)速始終比同步轉(zhuǎn)速要低。 N = (1 - S) Ns (r/ min) 式中 S ———轉(zhuǎn)差率,S = (Ns - N) / Ns ×100 % ,S 與負(fù) 載有關(guān)。 工業(yè)用永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)結(jié)構(gòu)相 近,只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多了一套永磁體。工業(yè)用永磁同 步電機(jī)的功率都比較大,具有良好的控制性能,可通 過頻率的變化進(jìn)行調(diào)速。 在變頻調(diào)速控制上,同步電機(jī)開環(huán)控制的性能 指標(biāo)大多都達(dá)到了交流異步電機(jī)閉環(huán)控制的性能指 標(biāo);而異步電機(jī)閉環(huán)調(diào)速的最大缺點(diǎn)是需要在電機(jī) 軸上安裝速度傳感器,這樣就降低了電動(dòng)機(jī)整體結(jié) 構(gòu)的堅(jiān)固性與可靠性,而且其線路更加復(fù)雜,增加了 故障環(huán)節(jié)。對(duì)長(zhǎng)絲裝置的紡絲機(jī)、牽伸機(jī)、卷繞機(jī)而 言,同步電機(jī)開環(huán)變頻傳動(dòng)是一種簡(jiǎn)單、理想的選擇 方案。 2. 2 　永磁同步電機(jī)( PM. SM) 開環(huán)控制的變頻調(diào) 速系統(tǒng) 系統(tǒng)控制框圖如圖1 所示。 圖1 　永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制變頻調(diào)速 VVVF —通用變頻器　SM —同步電動(dòng)機(jī) 該系統(tǒng)控制電路簡(jiǎn)單,可靠性高。由于是同步 電機(jī),其機(jī)械特性曲線為一根平行橫軸直線,絕對(duì)硬 特性。在開環(huán)控制情形下,同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度與 變頻器頻率精度相一致。所以特別適合多電機(jī)同步 傳動(dòng)、靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求甚高(0. 5 %～0. 01 %) 的化 纖紡絲機(jī),是最理想最簡(jiǎn)單的首選方案。 3 　滌綸紡絲機(jī)變頻調(diào)速控制方案 紡絲機(jī)上常用的變頻調(diào)速系統(tǒng)有兩種:大功率 變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和多臺(tái)小功率變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 3. 1 　大變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng) 由一臺(tái)大功率變頻器U 來驅(qū)動(dòng)多臺(tái)永磁同步 電機(jī)MS , 如圖2 。電機(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)電機(jī)短路 有可能引起變頻器跳閘,造成停產(chǎn)。 圖2 　大功率變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng) 圖3 　多臺(tái)小功率變頻器驅(qū)動(dòng) 3. 2 　多臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng) 每一臺(tái)電機(jī)均由一臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng),一一對(duì)應(yīng), 見圖3 (其中: U1～U12 為變頻器,MS1～MS12 為 永磁同步電動(dòng)機(jī)) 。對(duì)比大變頻器驅(qū)動(dòng),具有如下 優(yōu)點(diǎn): (1) 一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī),可以實(shí)現(xiàn)軟起 動(dòng),變頻器容量基本上與電機(jī)相同; (2) 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)。 但也存在以下問題: (1) 總設(shè)定、總起動(dòng)調(diào)節(jié)需另加環(huán)節(jié); (2) 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。 4 　永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速在化纖紡絲機(jī)上 的應(yīng)用 　　化纖紡絲現(xiàn)在均采用齒輪泵作為計(jì)量泵,又稱 紡絲泵。其作用是將紡絲熔體定量、定壓、均勻連續(xù) 地輸向噴絲組件,通過噴絲板微孔噴成絲束,以保證 紡絲的穩(wěn)定性。我廠1996 年投產(chǎn)的由大連合纖所 研制開發(fā)的滌綸二部位高速紡絲機(jī),計(jì)量泵即采用 多臺(tái)小變頻的驅(qū)動(dòng)方式,如圖4 。該滌綸紡絲機(jī)主 要用于新產(chǎn)品的開發(fā)及差別化長(zhǎng)絲的小批量生產(chǎn)。 圖4 　計(jì)量泵由多臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng) Q1～Q4 —空氣開關(guān)　U1～U4 —變頻器 M1～M4 —永磁同步電機(jī) 計(jì)量泵調(diào)速系統(tǒng)的變頻器選用FRN - G9S 系 列,該變頻器是高性能的PWM 控制的交- 直- 交 變換器。主要由二極管橋式整流和帶有32 位微處 理器控制系統(tǒng)的逆變器組成。整流器將380 V、50 Hz 三相交流電變成直流電,為逆變器提供直流電 流。而逆變器中采用了IGBT 作為其功率器件,使 它的性能有了很大提高。其一是高載波控制,使輸 出電流波形有明顯改善,從而減輕了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)顫動(dòng)。 其二是開關(guān)頻率提高,使之超過人耳能承受的范圍, 實(shí)現(xiàn)了運(yùn)轉(zhuǎn)的靜音化。其三是驅(qū)動(dòng)功率減少,體積 趨于更小。電機(jī)采用FTY750 - 4 型永磁同步電機(jī)。 FRN - G9S 系列變頻器精確度可達(dá)±0. 01 %～ ± 0. 2 %。采用高精度的變頻調(diào)速器和永磁同步電機(jī) 構(gòu)成系統(tǒng),采用最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的開環(huán)控制方式就可保 證電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度要求,即保證電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度與 變頻器的頻率精度相同。 　　采用多臺(tái)小變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)方式具有以下優(yōu) 點(diǎn): (1) 某臺(tái)電機(jī)發(fā)生故障時(shí),只能使對(duì)應(yīng)的變頻器 停止工作,而不會(huì)影響整臺(tái)紡絲系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn),避免 了生產(chǎn)的巨大浪費(fèi)。 (2) 逆變器可以軟啟動(dòng),故選擇逆變器時(shí),可以 大大減少容量,降低成本。 (3) 每一臺(tái)變頻器可以分別設(shè)定其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。 所以一臺(tái)紡絲機(jī)可以同時(shí)生產(chǎn)四種規(guī)格的POY絲, 故障率也大大降低,保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行和新產(chǎn) 品的開發(fā)。