高速纺丝机的“分组”变频调速技术改造探讨(上)

　　一、概述

　　八十年代是我国纺织、化纤行业突飞猛进的发展时期，许多企业在这期间大量引进了德国、意大利、日本等发达国家的纺织化纤设备。而这个时期也正处于通用交流变频调速技术的起步阶段，采用可控硅(SCR)作为开关元件的变频器逐步推广应用，而采用大功率晶体管(GTR)作为开关元件的变频器刚刚走出实验室而未得到广泛应用。所以当时我国引进的纺织化纤设备中其配套电气调速系统所采用的基本上为SCR变频器。

　　我们知道，可控硅(SCR)作为电力电子器件因其较高的耐压大电流特性及简易可靠的导通控制特点，直至今日仍广泛应用于直流调速系统中。但可控硅的关断必须通过高反压才能实现，因此应用于变频调速器里其附加装置较多，体积大，同时其开关频率必然受到限制，载波频率一般只有几百HZ，对于大功率变频器则更低，输出波形很差，影响到电机的运行。

　　鉴于当时电子技术的发展，变频器的控制电路只能大量采用分离元件，各种调节器及信号发生器都是模拟电路，控制精度低，稳定性差，湿漂大，可靠性也低。随着使用时间的增加，设备逐渐老化，变频器的故障逐年增多，因此造成烧毁电机的数量也越来越多。化纤设备采用的高速电机都是特殊电机，修理费每台需2万元人民币，进口一块控制板需要数万元。可见现有设备的运行费用是很高的。

　　随着现代微电子及电力电子技术的发展，全数字化、高开关频率、矢量控制特点的变频调速器已全面推向市场，变频器的成本也大大下降。采用先进变频器改造原可控硅变频调速系统是一种高效、经济的选择，1998年我们采用当时国际上较先进的日本三垦LF系列及IF系列变频器改造了两条德国巴马格(Barmag)POY、FDY高速纺丝机，并取得了极好的效果。

　　二、原调速系统特点及现状

　　长沙锦纶厂前纺POY、FDY纺丝生产线中有三条生产线，为德国巴马格(Barmag)公司产品，其电气调速系统采用西门子SIMOVET-V变频器集中控制，每条生产线的传动由四台变频器完成，另两台变频器驱动计量泵电机及油剂泵电机。每条生产线共有16个位(卷绕机)，每个位含一个摩擦辊电机( 2.0KW)及一个槽辊电机( 0.9 KW),16个摩擦辊电机由一台“运行”变频器驱动，工作频率为25-212HZ。16个槽辊电机由另一台“运行”变频器驱动，工作频率为50-325HZ。每个卷绕机单独起动，由于摩擦辊及槽辊的机械惯性较大，各自需要一台“起动”变频器起动，当“起动”变频器的输出频率等于“运行”变频器的输出频率时，该卷绕机的两台电机即切换到“运行”变频器驱动。每个卷绕机单元的电气传动电路。

　　三、改造方案的提出

　　高速纺丝机的变频调速技术改造一般有两套方案，一是由“集中”调速改为“分散”控制。即每个位(卷绕机)采用两台变频器分别驱动摩擦辊及槽辊电机，这样每个位都可单独控制，相互之间没有电控方面的联系，避免原来四台变频器中任何一台变频器故障而造成全线停机，也便于新产品的开发研制及小批量多品种的生产，也可取代化纤实验机。德国巴马格(Barmag)公司九十年代新出的纺丝机即采用这种方式，国内一些厂家也有采用此方式的改造方案，但这种方案投资太大，全机需要三十二台变频器，加上计量泵电机和油剂泵电机，则需要六十四台变频器，据悉北方一家长丝厂采用此方案仅变频器就投资了一百多万元。

　　考虑到每个位不必完全以不同转速运转，且同一时期不可能同时试制16个品种，本着“高效、经济”的原则，我们采用了另一种方案，其特点如下：

　　保留原有系统，增加切换电路，使新增的三垦高性能变频器可以控制原有的16个位，也可以控制7个位或8个位或1个位，这样可以用一个位试制新产品，也可以用三垦变频器控制7个或8个位生产小批订单，另9个位或8个位采用原SCR变频器生产另一个品种，实现一机两品种，以满足销售部门和用户的要求。改造后的每个卷绕机单元的电气传动电路如图二。其中，当起动变频器的输出频率等于原运行变频器的输出频率时，如将电机通过K22和K24切换到原运行变频器，该卷绕机可生产原产品；如将电机通过KXM和KXC切换到新运行变频器，该卷绕机可生产新产品。通过这两组接触器的不同组合，即可调整产品结构。