变频调速装置在涤纶纺丝的应用

变频调速装置自研发出来就以其优良的性能受到工业相关企业的青睐，近几年，在受到电力电子技术的迅猛发展的影响下，大功率晶体管及IGBT半导体电力开关的问世，更为变频器的发展提供了广阔的前景，使变频器在各行各业的应用更为广泛。

一、纺丝工艺及生产对调速系统的要求

涤纶纺丝是将干燥过的聚酯切片由螺杆挤压机制成纺丝熔体，经过熔体过滤器过滤后，纺丝熔体由计量泵计量并压入纺丝组件，由喷丝孔喷出的熔体细流经纺丝侧吹风窗冷却成形，丝束冷却成形后，在进入纺丝甬道之前，进行集束上油，最终形成纤维。

由于该两部位高速纺丝机主要用于新产品的开发及差别化长丝的小批量生产，所以，为满足生产工艺的需要，对电气传动提出如下要求：

（1）调整范围广D=31；

（2）转速精度高001%02%；

（3）控制系统灵敏、精确；

（4）可靠性高，在涤纶生产中，各生产工艺都是连续生产，传动系统故障将会产生大量废丝、废料。

若停车时间较长，再恢复生产时，要花很多时间和耗用不少的易损零配件（如：组件滤网、垫圈等）；

（5）维修简单，维修量少。

为此，螺杆挤压机、计量泵及油剂泵的驱动装置均采用了交流电动机的变频调速系统。

二、系统组成及工作特点

（1）螺杆挤压机的驱动装置选用的是数字变频器。该变频器是高性能的PWM控制的交直交变换器。主要由二极管桥式整流和带有32位微处理器控制系统的逆变器组成。整流器将380V、50Hz三相交流电变成直流电，为逆变器提供恒定的直流电压信号。而逆变器中由于采用了IGBT作为其功率器件，使它的性能有了很大提高。其一是高载波控制，使输出电流波形有明显改善，从而减轻了电机运转颤动。其二是开关频率提高，使之超过人耳听力的范围，实现了运转的静音化。其三是消耗功率减少，体积趋于更小。

该变频器是装有微处理器的通用指示调节仪，能够进行温度、压力、流量及速度等的控制，进行使现场测量信号同预先设定值一致的PID控制运算等，并输出控制结果。

电气控制单元则由空气开关、中间继电器、熔断器、控制按钮等组成。

因为螺杆挤压机控制目标并非转速恒定而是出口压力恒定，所以该系统采用的是压力负反馈闭环控制。

工作过程如下：压力变送器将熔体压力变为电信号，送至SDC31数字调节仪中，进行压力显示并调节。数字调节仪切换开关处于自动位置时，若检测到的压力电流信号与压力控制设定值的差值为零，则数字调节仪控制变频器的频率稳定不变；若差值出现正、负偏差，则数字调节仪将对偏差进行比例、积分和微分等运算，并输出控制结果给变频器，调节其频率，从而调节电动机的转速，使熔体压力维持在设定水平上，形成熔体压力的自动控制。如将数字调节仪切换开关置于！手动？操作位置，就可进行手动操作。

本系统采用的是三相异步电动机的单闭环变频调速，改变了以往螺杆拖动均为直流调速的模式，既具有直流调速系统优良的调速性能，又具有交流调速系统结构简单、调速精度高、抗干扰能力强、维修方便的特点。

（2）化纤纺丝采用齿轮泵作为计量泵，又称纺丝泵。其作用是将纺丝熔体定量、定压地连续输向喷丝组件，通过喷丝板微孔喷成丝束，以保证纺丝支数的均匀。

通常情况下，计量泵的传动形式有2种，一是大变频调速驱动，即由一台大功率变频器U来驱动多台永磁同步电动机，我厂4套上海二纺机生产的POY纺丝机的计量泵就是采用这种驱动方式。二是多台小变频器驱动，即每1台电动机均由1台小变频器单独驱动，一一对应。

其中：Q1Q4为空气开关，U1U4为变频器，M1M4为永磁同步电动机本文介绍的两部位高速纺丝机的计量泵就是采用第二种驱动方式。它比大变频调速器驱动方式具有以下优点：某一电动机故障只能使相应的变频器停止工作，而不会造成整个纺丝系统停车；变频器可以软启动，故选择变频器时，可以大大减少容量，降低成本；每1台变频器可以分别设定其运转频率，所以1台纺丝机可以同时生产4种规格的POY丝，有利于新产品的开发与研究。

计量泵调速系统采用的变频器，电机采用的是永磁同步电动机。永磁同步电动机的转子是永久磁铁，定子与一般的鼠笼式电动机相同。当输给同步电动机的频率改变时，电动机的转速也随之改变。（n=60f/pn-转速f-电源频率p-极对数）因为该变频器精确度可达001%02%，所以在与永磁同步电动机构成系统时，无需采用闭环控制，而是采用最经济、简单的开环控制方式就可保证电机转速的精度要求，基本保证电机转速的精度与变频器的频率精度相同。

（3）在利用高速纺丝机生产时，为了顺利进行合成纤维纺丝及加工，减少丝束间的摩擦和丝束与导丝钩间的摩擦，减少静电，必须人工赋予纤维一定的柔软性、平滑性和抗静电性，就需要在纺丝时施加一定的合纤油剂。这项工作就由油剂泵来实现。

油剂泵驱动采用的是FRNG9S系列变频器与三相异步电动机构成开环的控制方式。

根据工艺要求，改变变频器的设定频率，从而改变油剂泵电机的转速，达到工艺要求的丝线上油率，保证产品的质量。

三、其它问题

用于纺丝生产的变频器具有很强的保护功能，如电动机的短路保护，接地故障保护，中间回路过电压、欠电压保护，逆变器过热保护等，并且，在操作面板上以代码显示跳闸原因，所以，故障诊断大大简化，维修方便。

因为本厂的两部位高速纺丝机采用高精度、高可靠性的变频调速系统，故障率大大减少，保证了生产的正常进行和新产品的开发，满足了市场的需求。

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