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稀土永磁同步电动机在化纤纺丝机变频调速中的应用
一、 化纤纺丝机对电气传动的要求:
合成纤维工业诸如涤纶、锦纶、丙纶等都是采用熔体法纺丝。一台纺丝机有许多纺丝位(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);高精确性(转速稳定,精确度高达0.1%~0.01%);高转速要求或甚高转速(在没有升速齿轮箱条件下,电机转速高达8000~9000r/min,甚至12000r/min);高可靠性(至少保证一年安全连续运行8000h)。一少:即少维修或免维修,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
为了满足纺丝机"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
虽然电路简单、可靠性大,但是转速精度难以达到0.5~0.01%,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0.5~0.01%指标,但是几十个闭环系统调整到相同的转速精度十分艰难麻烦。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满足,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达到0.1%~0.01%。
对于涤纶高速纺POY和超高速纺工艺来讲,转速8000~12000r/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达到0.1%~0.01%水平。
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:变频器容量需要选用很大; 单台电动机短路故障有可能引起 变频器跳闸,造成停产。
(2)多台小变频器驱动
每一台电动机均 由一台小变频器驱动,一一对应,如图2所示。对比大变频器驱动,
优点:a、一台变频器驱动一台 电动机,可以实现软起动,变频器容量基本上与电 动机相同;b、某台电动机发生故障时,对应变频 器停止工作,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,为达到转速同步,需加串行通信接口。
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