多电动机共用直流母线变频调速系统

　　涤纶短丝装置是上海石化股份公司涤纶部西区的一个主要装置，共有六条生产线，设计单线产量为1.5万吨/年。但是由于不能适应市场的需要，为此在原一号线位置上改造、引进了一条3万吨/年涤纶短丝生产线（简称新生产线），电气传动采用德国西门子6se70系列变频器和永磁同步电动机（前纺）、异步电动机（后纺）。本文就共用直流母线多逆变器调速系统在纺丝线上的应用作一些探讨。
   1涤纶短纤维纺丝装置对电气控制系统的基本要求及原有拖动系统的缺点
   　　1.1涤纶短纤维纺丝装置对电气控制系统的基本要求
   　　纺丝机对电气传动的要求可概括为“四高”和“一少”。四高：即高同步性（一台纺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）；高精确性（转速稳定，精确度高达0.1%～0.01%）；高转速或甚高转速（在没有升速齿轮箱条件下，电机转速高达8000～9000r/min）；高可靠性（至少保证一年安全连续运行8000小时）。一少：即少维修或免维修，无须照看。在采用了高精度的变频调速器和永磁同步电动机组成的调速系统后，高同步、高精度、高转速和少维修可以实现，但高可靠性还做不到，影响了纺丝装置安稳长满优生产。以3万吨/年短丝生产线为例，其日产量为100吨短纤维，若外来电网瞬时低电压（或瞬时失电），引起计量泵变频器停役电机停转，会造成聚酯熔体压力增大，迫使聚酯装置熔体增压泵停止，从而影响聚酯装置正常生产。
   　　1.2原有电力拖动系统的缺点
   　　原1.5万吨/年短丝直接纺装置由一台变频器驱动多台永磁同步电动机。变频装置在运行中尚存在以下不足之处：（1）短丝装置由于多台电动机共用一台变频器，无法实现软起动，所以选用时既要考虑到最高频率时直接起动，又要考虑到若干台电机高速运转时，某一纺位故障排除后又继续投入运行，因此变频器容量不得不选用偏大。（2）纺丝机故障停台率偏高。它不能承受电网瞬时低电压（含瞬时失电），由于雷电、电缆接地故障及开关倒闸操作，定会出现瞬时低压现象，造成变频器停役，致使整台纺丝机停产，酿成巨大损失。
   2前纺装置变频调速系统特点分析（由ups供电、小逆变器永磁同步电动机开环同步拖动系统）
   　　新生产线的前纺部分变频调速系统如图1。
   
   　　前纺装置的主要改进是电源系统采用ups（西门子system4233，330kva）供电。输出：380v，480a；蓄电池450ah.正常情况下由市电进行供电，若电网瞬时失电或低电压，由电子开关控制自动切换到蓄电池供电，确保逆变器不受影响。与原生产线相比，虽然一次性投入较大，但可确保在瞬时低电压（含瞬时失电）时，计量泵可正常工作，提高经济效益。
   
   3后处理装置变频调速系统特点
   　　分析后纺装置的变频调速系统如图2所示。
   
   　　后处理装置中牵伸、紧张热定型、叠丝、卷曲的拖动采用共用直流多逆变器变频调速系统，其逆变器接同一直流母线。电动机则采用大功率的异步电动机。共用直流母线由＃1、＃2整流装置供电。两套整流器的叠加既可扩大容量，又可减少纹波和谐波，稳定直流电压。与原生产线相比有如下优点：（1）采用共用直流母线可以自适应调整不同牵伸比条件下被拖电动机的制动力矩。比如对某一设定好的牵伸比，头道、二道、三道牵伸机的转速分别为n1、n2、n3，由于丝的张力作用，在没有制动功能时，头道牵伸辊会被后面牵伸辊拖着跑，而现在采用共用直流母线的变频调速后，一旦n1的数值超过设定值，电动机便进入了再生发电制动状态。一方面被拖电机变成发电机，发出的电能经续流二极管整流变成直流回馈到直流母线，电动机不仅无须从电网吸收能量，还可将制动能量供给其他逆变器，既可稳定直流母线电压，又由于电动机容量较大（如第二牵伸机电动机为400kw），电能节约也相当可观。另一方面，被拖电动机处于制动状态，只要设置相应的频率比，就能控制转速比，确保了牵伸比控制精度。（2）涤纶短丝后处理牵伸紧张热定型联合机组是涤纶短纤维生产中的一道关键工序，主要承担着将原丝按一定牵伸倍率进行拉伸和定型。新生产线采用交流变频调速，各道牵伸辊具有独立的变频传动，只需改变各变频器的频率就能方便调整工艺需要的牵伸倍率。叠丝机、卷曲机也采用共用直流母线多逆变器调速方案，不再讨论。切断机则为独立变频器，和一般变频调速原理相同，在此不再展开。
   4结语
   　　（1）如上所述，共用直流母线变频调速技术是可靠的，虽然一次投入较高，但每年可以减少停车2~3次，按一条3万吨/年生产线计算，可减少pet放流8~12吨，同时还可避免因停车造成的纤维质量波动（一次停车将影响144~216吨纤维的质量稳定性），如此计算不用几年就可收回改造费用。（2）由于采用共用直流母线变频调速技术，使整体生产条件处于稳定状态，从而给改变产品规格、调整工艺参数带来极大便利。过度时间短，废丝少，工艺调整精确。（3）从新生产线实际运行情况看，共用直流多逆变器调速系统在涤纶短纤维的生产中优势突出，代表了纺丝机拖动的发展方向。但在后纺部分仍不能完全排除电网失电对变频器的影响，如变频器一旦停役会使正在牵伸的一段涤纶丝（约100m）报废。另外，前纺卷绕纺丝装机容量196kw，ups输出容量330kw，实际使用的容量较小。