稀土永磁同步电动机在化纤纺丝机变频调速中的应用.docx

稀土永磁同步电动机在化纤纺丝机变频调速中的应用合成纤维工业诸如涤纶、锦纶、丙纶等都是采用熔体法纺丝。一台纺丝机有很多纺丝位12部位、24部位更多部位，同一个功能的不同纺位的电动机几十台，同一纺位不同功能的电动机几台，它们对电气传动的要求非常严格，对于湿纺工艺的晴纶、维纶及人造纤维中的粘胶纤维，对电气传动要求也类似。化纤纺丝机是一个多电机、小功率的同步驱动系统含比例同步驱动系统。它对电气传动的要求可以概括为："四高"和"一少"。"四高"：即高同步性一台丝机不同纺位的电机转速要求横向转速一致，纵向比例同步；高准确性转速稳定，准确度高达0.1%0.01%；高转速要求或者甚高转速在没有升速齿轮箱条件下，电机转速高达80009000r/min，甚至12000r/min；高可靠性至少保证一年平安连续运行8000h。一少：即少维修或者免维修，毋需看顾。二、化纤纺丝机变频调速控制方案的选择1、变频调速系统控制方案为了知足纺丝机"四高一少"的要求，选择控制方案。1异步电动机开环变频调速VVVF+IM开环固然电路简单、可靠性大，但是转速精度难以到达0.50.01%，所以一般不会选用。2异步电动机闭环变频调速VVVF+IM闭环该控制方案，每个闭环系统虽可达0.50.01%指标，但是几十个闭环系统调整到一样的转速精度特别困难费事。另外，每个闭环系统都有速度传感器，故障率会高些，可靠性这个指标不能知足，故此方案也不宜被采用。3永磁同步电动机开环变频调速VVVF+SM开环由于同步电动机转速精度仅决定供电频率精度，与负荷变化无关。为此，通常采用高精度的变频调速器和永磁同步电动机构成系统，无需采用闭环控制，就可保证电机转速精度到达0.1%0.01%。对于涤纶高速纺POY和超高速纺工艺来讲，转速800012000r/min，这样高的电机速度也是非变频调速莫属。为了保证纤维的纤度均匀，采用了高精度的变频调速器和永磁式同步电动机的结合，无需采用闭环控制，就可以保证电机转速精度到达0.1%0.01%程度。2、变频调速系统主电路方案化纤纺丝机变频调速系统的状况，大致可分为以下三个阶段：1大变频调速器驱动由一台大功率变频器U来驱动多台永磁同步电动机MS，如图1所示。电动机可逐台起动或者分组起动。优点：系统简单、控制方便，不需加任何措施，可保证多电机同步运行。缺点：变频器容量必须选用很大；单台电动机短路故障有可能引起变频器跳闸，造成停产。align=centerIMG=图1大变频调速驱动/uploadpic/tech/2020/1/20200123143425923124.gif/IMG图1大变频调速驱动/align2多台小变频器驱动每一台电动机均由一台小变频器驱动，逐一对应，如图2所示。比照大变频器驱动，优点：a、一台变频器驱动一台电动机，可以实现软起动，变频器容量根本上与电动机一样；b、某台电动机发生故障时，对应变频器停顿工作，不会影响整台纺丝机的正常运转。但也存在问题：a、总设定、总起动调节需另加环节；b、n台变频器输出频率会有离散性，存在一定的误差，为到达转速同步，需加串行通讯接口。align=centerIMG=图2多台小变频器驱动/uploadpic/tech/2020/1/2020012314361777669C.gif/IMG图2多台小变频器驱动/align3公用直流电源多台小逆变器驱动如图3所示。采用公用直流小逆变器驱动，除了保持小变频器驱动的特点外，还具有以下优点：a、可以实现电动机电动状态和再生制动状态的能量自动补偿。如纺丝牵伸结合机、晴纶预牵伸再牵伸机及涤纶短丝后处理的七辊牵伸机等，为保持一定的牵伸张力，被拖电机必须处于制动状态。公用直流母排连在一起，被拖电机变成发电机经续流二极管整流成直流回馈到直流母线，电机不但无须从电网吸收能量，还可将能量供应其它逆变器，既有利于直流母线电压稳定，又起到节能之目的。b、可以协调整条消费线各台电动机停车。某台电机停得慢时，它将变为U-整流器U1-U6-逆变器发电状态，使其停车加快；反之，某台电机停得快，直流母排继续对它供电，使其停车慢些，最终各台电动机根本上一起停下来。c、可以防止瞬时停电带来的停役故障。变频器有一个致命弱点，即抗电网瞬时停电才能差。一般几个周波掉电大于或者即是3050ms可足以使变频器停役，以致消费损失宏大，十分是纺丝计量泵局部。假如有两个独立沟通电源，分别经整流器送至公用直流母排需二极管隔离，一旦失掉一路沟通电源，仍有另一路沟通电源直持，不会停车。d、重要设备电动机可设置"辅助运行逆变器"切换回路，见图4。align=centerIMG=图3公用直流电源多台小逆变器驱动/uploadpic/tech/2020/1/202001231438477501615.gif/IMG图3公用直流电源多台小逆变器驱动IMG=图4辅助运行逆变器切换回路/uploadpic/tech/2020/1/2020012314391880609W.gif/IMG图4辅助运行逆变器切换回路/align化纤纺丝机变频调速归纳如下：1采用高精度的变频器；2采用稀土永磁同步电动机；3采用开环控制变频调速系统；4趋向采用公用直流电源多台小逆变频器方案。三、稀土永磁同步电动机变频调速在化纤纺丝机上的应用1、涤纶长丝纺丝卷绕机变频调速系统见图5。align=centerIMG=图5涤纶长丝纺丝卷绕机电气传动/uploadpic/tech/2020/1/20200123144030735079.gif/IMG图5涤纶长丝纺丝卷绕机电气传动/align图5长纺丝卷绕机电气传动图。一台纺丝机有48个纺丝位，它对电气传动系统有以下要求：1、同步和比例同步运转为了保持纤维的纤度一致，要求纺丝位不同而功能一样的电动机必须保持绝对同步运转；同一纺位而功能不同的电动机之间必须保持比例协调同步运转，以保证牵伸倍数一致。为此，48只计量泵电动机由一台变频器U1供电，同理所有导丝辊、磨擦辊、横动辊都分别由U2、U3、U4、U5供电。变频器均选高精度、数字设定。2、驱动电动机化纤纺丝机为了到达高速度和高精度多电机同步驱动，几乎都采用小型同步电动机，其中永磁式同步电动机居多，反响式同步电动机少数起动电流大，失步力矩小。目前浙江中源电气有限公司制造的永磁同步电机已在45kw以下，而且价格仅为进口同类电机的1/3左右。由于采用永磁同步电动机，可使用开环控制变频调速，TYBZ稀土永磁同步电动机具有更优的电气性能和节能效益。2、晴纶湿法纺丝机变频调速系统纺丝局部是按纺位纵向排列的多组抽丝装置，其消费工艺对电气传动有严格的要求。每组抽丝装置由一套纺丝设备和一套计量泵设备所组成，均要求准确的连续的速度控制，其调速范围为3:17.75:1，转速精度为0.5%。全线多组抽丝装置的纺丝机与计量泵之间需要保持严格地比例同步联动运行，精度亦为0.5%。我国大庆石化晴纶厂、上海金山石化晴纶厂、安庆石化晴纶厂都引进了晴纶纺丝设备。都采用变频调速同步电机开环控制系统。安庆采用最先进的公用直流电源多台小逆变器方案图6所示，见后页。1996年开场金山石化和安庆石化的技改工程中已开场采用浙江中源电气有限公司的稀土永磁同步电动机，并逐渐替换进口的电机。图6中一条晴纶纺丝线有一样的六个纺丝单元，每个纺丝单元有5台计量泵同步电动机，由于逆变器供电，所以6个单元逆变器共用一台整流器。六台纺丝辊电机那么分别由另一组整流器的二台逆变器供电。align=centerIMG=图6晴纶纺丝机共用直流电源变频调速系统计量泵局部/uploadpic/tech/2020/1/2020012314422192458K.gif/IMG图6晴纶纺丝机共用直流电源变频调速系统计量泵局部/align