1、引言

滌綸短絲裝置是上海石化股份公司滌綸部西區(qū)的一個(gè)主要裝置，共有六條生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)單線產(chǎn)量為1.5萬(wàn)噸/年。前紡電氣傳動(dòng)采用德國(guó)AEG公司SEMIVERTER變頻器及永磁同步電動(dòng)機(jī)，后紡采用直流電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)軸傳動(dòng)。該紡絲裝置是我國(guó)80年代初自己設(shè)計(jì)、自行制造的大型生產(chǎn)裝置，雖然建成初期創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但是由于受到歷史條件的局限，出現(xiàn)了一些先天性不足，產(chǎn)品的種類和單耗達(dá)不到部頒標(biāo)準(zhǔn)，不能適應(yīng)市場(chǎng)的需要，為此在原一號(hào)線位置上改造、引進(jìn)了一條3萬(wàn)噸/年滌綸短絲生產(chǎn)線（簡(jiǎn)稱新生產(chǎn)線），電氣傳動(dòng)采用德國(guó)西門子6SE70系列變頻器和永磁同步電動(dòng)機(jī)（前紡）、異步電動(dòng)機(jī)（后紡）。本文就共用直流母線多逆變器調(diào)速系統(tǒng)在紡絲線上的應(yīng)用作一些探討。

2、合成纖維紡絲機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展概況

合成纖維紡絲機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展大致可分為3個(gè)階段:

（1） 大變頻器調(diào)速 由一臺(tái)大功率變頻器來驅(qū)動(dòng)多臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)可逐臺(tái)起動(dòng)或分組啟動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、控制方便，可保證多電機(jī)同步運(yùn)行。缺點(diǎn)是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跳閘，造成整臺(tái)紡絲機(jī)停車。

（2） 多臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng) 每臺(tái)電動(dòng)機(jī)均有一臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng)。對(duì)比大變頻器驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)有:a）、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)，變頻器容量基本與電動(dòng)機(jī)相同;b）、當(dāng)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)。缺點(diǎn)是:a）、總設(shè)定、總啟動(dòng)需另加調(diào)節(jié)環(huán)節(jié);b）、幾臺(tái)變頻器輸出頻率會(huì)有離散性，為達(dá)到轉(zhuǎn)速同步，需加串行通信接口。

（3） 共用直流電源多臺(tái)小逆變器驅(qū)動(dòng) 采用共用直流電源多臺(tái)小逆變器驅(qū)動(dòng)。除了保持小變頻器拖動(dòng)的特點(diǎn)外，更重要的是可以實(shí)現(xiàn)再生發(fā)電制動(dòng)，也可防止電網(wǎng)瞬時(shí)低電壓（含瞬時(shí)失電）帶來的停役故障。

3、滌綸短纖維紡絲裝置對(duì)電氣控制系統(tǒng)的基本要求及對(duì)原有拖動(dòng)系統(tǒng)的分析

（1） 滌綸短纖維紡絲裝置對(duì)電氣控制系統(tǒng)的基本要求

紡絲機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)的要求為“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）;高可靠性（至少保證一年安全連續(xù)運(yùn)行8000小時(shí)）。

● 一少:即少維修或免維修，無須照看。在采用了高精度的變頻調(diào)速器和永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)后，高同步、高精度、高轉(zhuǎn)速和少維修可以實(shí)現(xiàn)，但高可靠性還做不到，影響了紡絲裝置安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)生產(chǎn)。以3萬(wàn)噸/年短絲生產(chǎn)線為例，其日產(chǎn)量為100噸短纖維，若外來電網(wǎng)瞬時(shí)低電壓（或瞬時(shí)失電），引起計(jì)量泵變頻器停役電機(jī)停轉(zhuǎn)，會(huì)造成聚酯熔體壓力增大，迫使聚酯裝置熔體增壓泵停止，從而影響聚酯裝置正常生產(chǎn)。

（2） 原有電力拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

原1.5萬(wàn)噸/年短絲直接紡裝置的變頻器屬于第一代變頻器，即一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)，此類變頻器在技術(shù)上采用公用換流環(huán)節(jié)，具有輔助充電裝置的換流電路。優(yōu)點(diǎn)是:a）、即使直流電壓很低時(shí)也能可靠換流。b）、在短時(shí)間內(nèi)數(shù)倍額定電流（最大為3倍）時(shí)，也能可靠換流。c）、變頻器由空載狀態(tài)到負(fù)載狀態(tài)時(shí)，能夠迅速抑制起動(dòng)電流的極限值。但變頻裝置在運(yùn)行中尚存在以下不足之處:a）、短絲裝置由于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一臺(tái)變頻器，無法實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，所以選用時(shí)既要考慮到最高頻率時(shí)直接起動(dòng)，又要考慮到若干臺(tái)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，某一紡位故障排除后又繼續(xù)投入運(yùn)行，因此變頻器容量不得不選用偏大。b）、紡絲機(jī)故障停臺(tái)率偏高。但因變頻器不能承受電網(wǎng)瞬時(shí)低電壓（含瞬時(shí)失電），而由于雷電、電纜接地故障及開關(guān)倒閘操作，定會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)低壓現(xiàn)象，造成變頻器停役，致使整臺(tái)紡絲機(jī)停產(chǎn)，釀成巨大損失。c）、無法實(shí)現(xiàn)再生發(fā)電制動(dòng)。后紡采用直流拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)維護(hù)和保養(yǎng)很麻煩，牽伸比調(diào)節(jié)也很困難。

4、前紡裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)分析（由UPS供電、小逆變器永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)同步拖動(dòng)系統(tǒng)）

圖1 新生產(chǎn)線的前紡部分變頻調(diào)速系統(tǒng)
新生產(chǎn)線的前紡部分變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖1。前紡裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)主要是由UPS供電、小逆變器永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)同步拖動(dòng)系統(tǒng)組成，前紡裝置的主要改進(jìn)是電源系統(tǒng)采用UPS（西門子System4233，330kVA）供電。

正常情況下由市電進(jìn)行供電，若電網(wǎng)瞬時(shí)失電或低電壓，由電子開關(guān)控制自動(dòng)切換到蓄電池供電，確保逆變器不受影響。為保證紡絲的精度，前紡沒有采用1臺(tái)逆變器帶1臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制方式，而是由2臺(tái)大逆變器分別向32臺(tái)計(jì)量泵電機(jī)（永磁同步電動(dòng)機(jī)）提供可變頻交流電源。裝置控制采用集散式數(shù)字工藝控制系統(tǒng)（DCS）和微處理機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在兩臺(tái)逆變器之間用PLC加串行通信接口組成開環(huán)控制，確保兩變頻器的輸出頻率相同，即保證了32臺(tái)計(jì)量泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的絕對(duì)同步。與原生產(chǎn)線相比，雖然一次性投入較大，但可確保在瞬時(shí)低電壓（含瞬時(shí)失電）時(shí)，計(jì)量泵可正常工作，提高經(jīng)濟(jì)效益。在前紡調(diào)速系統(tǒng)中，32臺(tái)計(jì)量泵電動(dòng)機(jī)、7輥導(dǎo)絲輥電動(dòng)機(jī)及喂入輪電動(dòng)機(jī)的所有逆變器均接在共用直流母線上。

5、后處理裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)分析

后紡裝置的變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖2。后處理裝置中牽伸、緊張熱定型、疊絲、卷曲的拖動(dòng)采用共用直流多逆變器變頻調(diào)速系統(tǒng)，其逆變器接同一直流母線。電動(dòng)機(jī)則采用大功率的異步電動(dòng)機(jī)。共用直流母線由＃1、＃2整流裝置供電。兩套整流器的疊加既可擴(kuò)大容量，又可減少紋波和諧波，穩(wěn)定直流電壓。與原生產(chǎn)線相比有如下優(yōu)點(diǎn):

圖2后紡裝置的變頻調(diào)速系統(tǒng)
（1） 采用共用直流母線可以自適應(yīng)調(diào)整不同牽伸比條件下被拖電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩。比如對(duì)某一設(shè)定好的牽伸比，頭道、二道、三道牽伸機(jī)的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，由于絲的張力作用，在沒有制動(dòng)功能時(shí)，頭道牽伸輥會(huì)被后面牽伸輥拖著跑，而現(xiàn)在采用共用直流母線的變頻調(diào)速后，一旦n1的數(shù)值超過設(shè)定值，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入了再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。一方面被拖電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電能經(jīng)續(xù)流二極管整流變成直流回饋到直流母線，電動(dòng)機(jī)不僅無須從電網(wǎng)吸收能量，還可將制動(dòng)能量供給其他逆變器，既可穩(wěn)定直流母線電壓，又由于電動(dòng)機(jī)容量較大（如第二牽伸機(jī)電動(dòng)機(jī)為400KW），電能節(jié)約也相當(dāng)可觀。另一方面，被拖電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，只要設(shè)置相應(yīng)的頻率比，就能控制轉(zhuǎn)速比，確保了牽伸比控制精度。