1 　紡絲工藝及生產對電氣傳動的要求 　　滌綸紡絲采用熔體法紡絲,即將干燥過的切片 由螺桿擠壓機制成紡絲熔液,經過熔體過濾器過濾 后,紡絲熔體由計量泵計量并壓入紡絲組件,由噴絲 孔噴出的熔體細流經紡絲側吹風窗冷卻成形,纖維 冷卻成形后,在進入紡絲甬道之前,進行集束上油, 最終形成絲束纖維。 紡絲機是一個多電機、小功率的同步驅動系統。 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(一臺紡絲機不同紡位的電 機轉速要求橫向轉速一致,縱向比例同步) ;高精確 性(轉速穩定,精確度高達0. 1 %～0. 01 %) ;高轉 速要求(在沒有升速齒輪箱條件下,電機轉速高達 8000～ 9000 r/ min ,甚至12000 r/ min) ; 高可靠性 (至少保證一年安全連續運行8000 h) 。“一少”:即 少維修或免維修。因此,對于滌綸高速紡POY和超 高速紡工藝來講,轉速高達8000～12000 r/ min ,非 變頻調速莫屬。采用高精度的變頻調速器和永磁式 同步電動機的結合,無需采用閉環控制,就可以保證 電機轉速精度達到0. 1 %～0. 01 %水平。 2 　永磁同步電機開環控制的變頻調速系統 2. 1 　永磁同步電機的特點 交流同步電動機的轉速始終等于1 ,與電源頻 率完全成正比的同步轉速 Ns = 60f/ p (r/ min) 式中　f ———電源頻率; P ———極對數。 交流異步電機與同步電機的區別在于:轉速與 電源頻率不成正比,其轉速始終比同步轉速要低。 N = (1 - S) Ns (r/ min) 式中 S ———轉差率,S = (Ns - N) / Ns ×100 % ,S 與負 載有關。 工業用永磁同步電機的結構與異步電機結構相 近,只是轉子結構多了一套永磁體。工業用永磁同 步電機的功率都比較大,具有良好的控制性能,可通 過頻率的變化進行調速。 在變頻調速控制上,同步電機開環控制的性能 指標大多都達到了交流異步電機閉環控制的性能指 標;而異步電機閉環調速的最大缺點是需要在電機 軸上安裝速度傳感器,這樣就降低了電動機整體結 構的堅固性與可靠性,而且其線路更加復雜,增加了 故障環節。對長絲裝置的紡絲機、牽伸機、卷繞機而 言,同步電機開環變頻傳動是一種簡單、理想的選擇 方案。 2. 2 　永磁同步電機( PM. SM) 開環控制的變頻調 速系統 系統控制框圖如圖1 所示。 圖1 　永磁同步電動機開環控制變頻調速 VVVF —通用變頻器　SM —同步電動機 該系統控制電路簡單,可靠性高。由于是同步 電機,其機械特性曲線為一根平行橫軸直線,絕對硬 特性。在開環控制情形下,同步電機的轉速精度與 變頻器頻率精度相一致。所以特別適合多電機同步 傳動、靜態轉速精度要求甚高(0. 5 %～0. 01 %) 的化 纖紡絲機,是最理想最簡單的首選方案。 3 　滌綸紡絲機變頻調速控制方案 紡絲機上常用的變頻調速系統有兩種:大功率 變頻調速驅動系統和多臺小功率變頻驅動系統。 3. 1 　大變頻調速器驅動 由一臺大功率變頻器U 來驅動多臺永磁同步 電機MS , 如圖2 。電機可逐臺起動或分組起動。 優點:系統簡單、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,單臺電機短路 有可能引起變頻器跳閘,造成停產。 圖2 　大功率變頻調速驅動 圖3 　多臺小功率變頻器驅動 3. 2 　多臺小變頻器驅動 每一臺電機均由一臺小變頻器驅動,一一對應, 見圖3 (其中: U1～U12 為變頻器,MS1～MS12 為 永磁同步電動機) 。對比大變頻器驅動,具有如下 優點: (1) 一臺變頻器驅動一臺電機,可以實現軟起 動,變頻器容量基本上與電機相同; (2) 某臺電動機發生故障時,對應變頻器停止工 作,不會影響整臺紡絲機的正常運轉。 但也存在以下問題: (1) 總設定、總起動調節需另加環節; (2) n 臺變頻器輸出頻率會有離散性,存在一定 的誤差,為達到轉速同步,需加串行通信接口。 4 　永磁同步電機變頻調速在化纖紡絲機上 的應用 　　化纖紡絲現在均采用齒輪泵作為計量泵,又稱 紡絲泵。其作用是將紡絲熔體定量、定壓、均勻連續 地輸向噴絲組件,通過噴絲板微孔噴成絲束,以保證 紡絲的穩定性。我廠1996 年投產的由大連合纖所 研制開發的滌綸二部位高速紡絲機,計量泵即采用 多臺小變頻的驅動方式,如圖4 。該滌綸紡絲機主 要用于新產品的開發及差別化長絲的小批量生產。 圖4 　計量泵由多臺小變頻器驅動 Q1～Q4 —空氣開關　U1～U4 —變頻器 M1～M4 —永磁同步電機 計量泵調速系統的變頻器選用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,從而減輕了電機運轉顫動。 其二是開關頻率提高,使之超過人耳能承受的范圍, 實現了運轉的靜音化。其三是驅動功率減少,體積 趨于更小。電機采用FTY750 - 4 型永磁同步電機。 FRN - G9S 系列變頻器精確度可達±0. 01 %～ ± 0. 2 %。采用高精度的變頻調速器和永磁同步電機 構成系統,采用最經濟、簡單的開環控制方式就可保 證電機轉速的精度要求,即保證電機轉速的精度與 變頻器的頻率精度相同。 　　采用多臺小變頻調速器驅動方式具有以下優 點: (1) 某臺電機發生故障時,只能使對應的變頻器 停止工作,而不會影響整臺紡絲系統正常運轉,避免 了生產的巨大浪費。 (2) 逆變器可以軟啟動,故選擇逆變器時,可以 大大減少容量,降低成本。 (3) 每一臺變頻器可以分別設定其運轉頻率。 所以一臺紡絲機可以同時生產四種規格的POY絲, 故障率也大大降低,保證了生產的正常進行和新產 品的開發。