交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)已成為現(xiàn)代化纖行業(yè)必備的工藝技術(shù)

1、<p>　　交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)已成為現(xiàn)代化纖行業(yè)必備的工藝技術(shù)</p><p>　　1  引言    深圳華能公司是我國(guó)從事變頻技術(shù)最早的企業(yè)之一。許多負(fù)載第一次應(yīng)用變頻技術(shù)都有深圳華能公司的參與，如輸油泵(87年大慶采油二廠集輸站11套)、20噸橋式起重機(jī)(89年獨(dú)山子石化公司煉油廠)、焦化橋式吊車(chē)(91年茂名石化公司)、20噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)及氧槍升降(93年承

2、德鋼廠三套)、腈綸紡絲生產(chǎn)線(94年大慶化纖廠)、2.8m×44m回轉(zhuǎn)窯(90年株州有色金屬冶煉廠)、3.6m×30m煅燒爐(92年唐山堿廠)、大型輥道(93年鞍鋼中型廠后送工序改造采用變頻50多臺(tái))、海上平臺(tái)電源(92年南海石油西部公司裝備部)、150HZ/160V 200KW電源(89年邵陽(yáng)化纖廠9套、吉林化纖廠28套、湖北化纖廠14套、九江化纖廠12套、宜賓化纖廠8套)、1250KW/6000V電場(chǎng)引風(fēng)機(jī)(98

3、大慶新華電廠二套)、高壓氨泵(97年長(zhǎng)嶺煉油廠、遼河化肥廠)等。在化纖行業(yè)，其業(yè)績(jī)多多，下面逐一說(shuō)明。</p><p>　　2  腈綸生產(chǎn)線    紡絲的工藝復(fù)雜，工位多，要求張力控制，有的要求位置控制。大慶腈綸廠95年對(duì)其引進(jìn)美國(guó)CHEMTEX公司采用美國(guó)ACC工藝技術(shù)的年產(chǎn)5萬(wàn)噸腈綸生產(chǎn)線進(jìn)行了變頻PLC改造。我們采用了“同步運(yùn)行方式”，設(shè)置“無(wú)張力控制環(huán)節(jié)”、“松

4、緊架同步裝置”、“總線速度控制方式”、“轉(zhuǎn)矩矢量控制”等技術(shù)，使整條生產(chǎn)線20個(gè)絲束處理單元同步運(yùn)行，平穩(wěn)可靠，牽伸倍率由1.04到1.4，年增產(chǎn)達(dá)382噸，故障降低、節(jié)省維修費(fèi)57.5萬(wàn)元，年提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高等級(jí)合格率經(jīng)濟(jì)效益達(dá)325萬(wàn)元，年節(jié)電58萬(wàn)kW。97年該項(xiàng)目通過(guò)中國(guó)石化總公司鑒定，專家結(jié)論達(dá)到90年代國(guó)際先進(jìn)水平。    蘭化化學(xué)纖維廠是我國(guó)1965年從英國(guó)考陶爾茨(Courtaulds)

5、引進(jìn)的第一套8000t/a腈綸生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)工藝采用硫氰酸鈉一步法。    腈綸生產(chǎn)過(guò)程是一種相當(dāng)精細(xì)的生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)速精度要求非常高。除纖維的成型和后處理以及毛條加工直接依賴調(diào)速外，紡前準(zhǔn)備和原液系統(tǒng)的液位、壓力、流量控制以及生產(chǎn)的平穩(wěn)性、絲束質(zhì)量、能耗、物耗等都與調(diào)速性能有直接或間接的關(guān)系。該紡絲生產(chǎn)線長(zhǎng)達(dá)170m，各道工序絲束的運(yùn)</p><p>　　從表1可知，節(jié)電效果顯著，

6、經(jīng)實(shí)測(cè)，當(dāng)用變頻調(diào)速器協(xié)調(diào)控制時(shí)，電機(jī)使用功率平均比原來(lái)下降50%以上。該廠目前有200臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用了變頻調(diào)速器，其使用變頻器前電動(dòng)機(jī)功率總和為828.4kW，使用后功率總和為467.61kW。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)按設(shè)計(jì)一年運(yùn)行8000小時(shí)，(實(shí)際上大于8000小時(shí))則每年可節(jié)電288萬(wàn)kW.h，每度電按0.21元計(jì)，每年可節(jié)約60萬(wàn)元左右。200臺(tái)變頻器投資約300萬(wàn)元，綜合效益1000萬(wàn)元。</p><p>　　3&

7、#160; 滌綸前紡生產(chǎn)線    儀征化纖聯(lián)合公司滌綸一廠前紡變頻控制系統(tǒng)是80年代引進(jìn)西德AEG公司技術(shù)，由國(guó)內(nèi)組裝的SCR逆變器，由于系統(tǒng)是分立器件，可靠性低，由于SCR不能自關(guān)斷、要是使其關(guān)斷，增加強(qiáng)迫關(guān)斷電路，使設(shè)備體積增大。由計(jì)量泵和卷繞機(jī)構(gòu)組成一條生產(chǎn)線，計(jì)量泵有24臺(tái)、由1臺(tái)變頻器控制，卷繞由7輥、5輥和喂入輪組成。7輥有7臺(tái)電機(jī)，由1臺(tái)變頻器控制;5輥有5臺(tái)電機(jī)，由1臺(tái)變頻器控制，喂入輪

8、1臺(tái)電機(jī)由單臺(tái)變頻器控制。為了保證精度，從計(jì)量泵到卷繞機(jī)構(gòu)共計(jì)37臺(tái)電機(jī)全部采用永磁或永磁反應(yīng)式同步電機(jī)，卷繞7輥、5輥和喂入輪嚴(yán)格按工藝給定的比例運(yùn)行，保證微張力牽伸。并要求在低速伸頭完成后，卷繞各輥按比例和固定的斜率升到高速生產(chǎn)。原系統(tǒng)為4備1(或2備1)系統(tǒng)，即有4條常用生產(chǎn)線，1條線后備，主回路由電磁接觸器聯(lián)鎖切換，控制信號(hào)的邏輯電路由中間繼電器構(gòu)成并完成切換，而模擬電路(如設(shè)定信號(hào)、比例信號(hào))的切換，靠更換接插頭電纜完成，切換

9、很頻繁，與中央控制的邏輯聯(lián)系靠很多中間繼電器來(lái)完成。由于控制落后，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，已造成必然。1993年深圳華能公司和滌綸一廠工同設(shè)計(jì)了由富士變頻器和可編程</p><p>　　4  切斷機(jī)    儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸四廠紡絲車(chē)間切斷機(jī)為20世紀(jì)80年代引進(jìn)德國(guó)產(chǎn)品，屬雙閉環(huán)直流調(diào)速控制，投產(chǎn)以來(lái)，逐漸暴露一點(diǎn)問(wèn)題，不能適應(yīng)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的要求，其問(wèn)題是:

10、    (1) 系統(tǒng)振蕩?？刂葡到y(tǒng)屬于雙閉環(huán)直流調(diào)速，對(duì)速度環(huán)，電流環(huán)和反饋等參數(shù)的調(diào)整配合要求相當(dāng)高。稍有參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，反饋信號(hào)干擾，就會(huì)產(chǎn)生切斷機(jī)刀盤(pán)振蕩，造成切絲長(zhǎng)度不等，機(jī)械齒輪磨損等，嚴(yán)重影響紡絲的正常運(yùn)行。    (1) 插卡故障高。由于該系統(tǒng)由兩組可控硅實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)操作正、反轉(zhuǎn)頻繁，系統(tǒng)經(jīng)常在兩個(gè)象限間變化，因而封鎖邏輯功能負(fù)擔(dān)很重。在使用過(guò)程中，曾出現(xiàn)封

11、鎖邏輯損壞現(xiàn)象。    (3) 制動(dòng)抱閘卡死。系統(tǒng)制動(dòng)部分采用電磁抱閘原理。實(shí)際運(yùn)行中，啟停車(chē)相當(dāng)頻繁，而制動(dòng)單元摩擦片極易損壞并卡死，現(xiàn)場(chǎng)條件又使得換卸工作相當(dāng)不便，這種類型故障往往需相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間才能修復(fù)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。    (4) 電機(jī)碳刷磨損快、火花大。直流電機(jī)及測(cè)速發(fā)電機(jī)碳刷磨損快，經(jīng)常造成火花增大，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性降低，并增加了日常工作的維護(hù)量。為此，1

12、993年在深圳華能的配合下，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了</p><p>　　5  長(zhǎng)絲高速紡    天津石油化工廠高速紡螺桿擠壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是80年代由日本引進(jìn)的。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)(特別是近年來(lái))的運(yùn)行，逐漸暴露出了問(wèn)題。    (1) 不適應(yīng)符合品種大范圍變化的需求，生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)有跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)(先天存在)。據(jù)開(kāi)車(chē)6年來(lái)統(tǒng)計(jì)，每年均在十次以上(90、91年多

13、達(dá)40次/年以上)，嚴(yán)重影響了紡機(jī)的正常運(yùn)行。    (1) 由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不良等原因，造成PG測(cè)速反饋環(huán)節(jié)故障而導(dǎo)致的螺桿擠壓機(jī)停車(chē)現(xiàn)象也屢有發(fā)生(開(kāi)車(chē)以來(lái)發(fā)生16起)。    (3) 原裝置功率因數(shù)低，諧波成分高，對(duì)電網(wǎng)污染大。    (4) 原裝置本身由于元器件等問(wèn)題，近年來(lái)也偶有故障發(fā)生，然而備件供應(yīng)困難、周期長(zhǎng)(要2年左右)，價(jià)格高(

14、一套控制板要13萬(wàn)元人民幣左右)，因此這一環(huán)節(jié)也直接影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定。5.1 螺桿擠壓機(jī)的變頻改造    由于上述問(wèn)題的存在，從90年代開(kāi)始，被迫在部分螺桿擠壓機(jī)上采取了減位生產(chǎn)等措施。僅此一項(xiàng)每年就使該廠損失利稅數(shù)百萬(wàn)元以上。據(jù)此原因，該廠會(huì)同深圳華能公司對(duì)POY螺桿擠壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造。    (1) 在新系統(tǒng)中，核心環(huán)節(jié)-變頻單元，我們選擇了90</p

15、><p>　　(9) 新系統(tǒng)有比較優(yōu)越的價(jià)格性能比，且體積小、重量輕、更換方便。    (10) 系統(tǒng)可靠性高。由于系統(tǒng)采用GTR元件只有一個(gè)功率控制級(jí)，因此可靠性能大大提高(原系統(tǒng)有整流、逆變兩個(gè)功率控制級(jí))。新系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)比較如表4。</p><p>　?。?1Mpa ≤＋(－)0.5Mpa 5 控制電路型式 

16、數(shù)-?；旌?#160;雙CPU全數(shù)字化 6 控制功能實(shí)現(xiàn) 硬件 編碼設(shè)定(軟件) 7 電流波形 階梯波 接近正弦波 8 速度環(huán) 有 無(wú) 9 轉(zhuǎn)矩限定功能 無(wú) 有 10 調(diào)整方式 電位器 鍵盤(pán)輸入 11 保護(hù)功

17、能 5種 13種(故障記憶) 12 通訊功能 無(wú) RS232C串行接口 13 擴(kuò)展 不方便 5種標(biāo)準(zhǔn)選擇、方便 14 電流檢測(cè) CT 霍耳元件 15 顯示 LED燈顯示 數(shù)顯 16 容量 44KVA 60KVA

18、 17 價(jià)格(萬(wàn)元) 72 6.1</p><p>　　6  卷繞機(jī)    天津石化公司長(zhǎng)絲廠1985年引進(jìn)全套日本帝人公司POY紡絲設(shè)備，電氣調(diào)速系統(tǒng)采用變頻器集中控制，其中卷繞機(jī)使用FRNIC-1000可控硅電壓型變頻器。6.1 原系統(tǒng)的主要特點(diǎn):    (1) 主件開(kāi)關(guān)速度慢 

19、;   (2) 輸出波形不好    (3) 變頻器設(shè)計(jì)復(fù)雜，故障率較高    (4) 用集中控制，一臺(tái)變頻器帶幾十臺(tái)卷繞機(jī)，若某一臺(tái)卷繞機(jī)出現(xiàn)故障或操作不當(dāng)都可能使變頻器跳閘，易使故障擴(kuò)大，這種故障每年發(fā)生10次左右，并逐年增加。    (5) 卷繞機(jī)使用的電動(dòng)機(jī)是特殊電機(jī)，起動(dòng)電流是運(yùn)行電流的15倍左右，頻繁起動(dòng)容易燒毀

20、電機(jī)。    (6) 鋸齒波發(fā)生器是模擬量控制，控制精度低、溫漂大、抗干擾差?；谝陨显?，1996年初決定對(duì)原集中變頻系統(tǒng)進(jìn)行改造，雙方工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，選用了在國(guó)際上較先進(jìn)的日本明電舍VT210S具有卷繞機(jī)要求的擺頻功能系列變頻器。6.2 變頻改造后的系統(tǒng)特點(diǎn)    (1) 頻率精度較高，數(shù)字設(shè)定±0.01%，適合紡絲生產(chǎn)要求; &#

21、160;  (2) 抗干擾能力較強(qiáng)，而對(duì)其他電氣設(shè)備干擾小;    (3) 故障</p><p>　　注:FR為磨擦輥電機(jī)，TR為橫動(dòng)電動(dòng)機(jī)。以上數(shù)據(jù)看出采用明電舍210S型變頻器做卷繞機(jī)單臺(tái)控制后電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流明顯減小，實(shí)現(xiàn)了所謂的“軟”起動(dòng)，與改造前起動(dòng)電流50A比較，沖擊電流見(jiàn)效80%。設(shè)備投入運(yùn)行以來(lái)，沒(méi)有一臺(tái)卷繞機(jī)電動(dòng)機(jī)燒毀，過(guò)去平均每月要燒毀電動(dòng)機(jī)1.5-

22、2臺(tái)。改造后擺頻部分的工藝參數(shù)可以用數(shù)字量精確控制，使產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量大幅度提高。48臺(tái)卷繞機(jī)變頻系統(tǒng)由“集中”變頻控制改造成“單臺(tái)”變頻控制后，穩(wěn)定了工藝，不到一年即收回改造投資，改造非常成功，為該廠提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加產(chǎn)品產(chǎn)量打下基礎(chǔ)。</p><p>　　7  聚酯生產(chǎn)線    聚酯生產(chǎn)是連續(xù)的過(guò)程，我國(guó)的聚酯生產(chǎn)裝置最初是從國(guó)外成套引進(jìn)，最近幾年由于擴(kuò)容，多數(shù)由

23、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)并購(gòu)國(guó)內(nèi)設(shè)備來(lái)完成增容改造。我公司參加并完成如遼化聚酯廠和浙化聯(lián)聚酯裝置的改造，由于均選用進(jìn)口變頻器，低壓開(kāi)關(guān)，接觸器等。既保證了設(shè)備可靠性，又降低了設(shè)備成本。    聚酯生產(chǎn)中，有調(diào)速要求的有漿料輸送泵電機(jī)、預(yù)聚反應(yīng)器攪拌器電機(jī)、預(yù)聚物輸送泵電機(jī)、后縮聚反應(yīng)器攪拌器入口電機(jī)、后縮聚反應(yīng)器攪拌器出口電機(jī)、熔體輸送泵電機(jī)、消光劑輸送泵電機(jī)等。聚酯生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的、自動(dòng)化的過(guò)程，裝置由DCS(集散

24、控制系統(tǒng))系統(tǒng)集中監(jiān)控，各個(gè)傳動(dòng)部位接收來(lái)自DCS的控制指令并回饋相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)給DCS系統(tǒng)。    一般情況下不允許其中某個(gè)環(huán)節(jié)突然中斷，一旦發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間的中斷可能導(dǎo)致巨額的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在有可能的部位，管道設(shè)計(jì)成兩個(gè)通路，每個(gè)通路設(shè)有傳動(dòng)裝置，可以互為備用，也可同時(shí)工作。后縮聚反應(yīng)器攪拌器出入口電機(jī)對(duì)連續(xù)工作的要求更高，由于該部位電機(jī)本身無(wú)法備份，對(duì)變頻器的可靠性要求就大大提高，因此一般要求變頻

25、器設(shè)置二套互為備用，在運(yùn)行變頻器出現(xiàn)故障情況下備用變頻器應(yīng)能盡快投</p><p>　　圖1    一次線路(單臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng))</p><p>　　由于一套裝置中采用了較多的變頻器，因此變頻器產(chǎn)生的諧波問(wèn)題就比較突出。為此在變頻器輸入側(cè)和輸出側(cè)均安裝了交流電抗器。輸入電抗器主要起抑制諧波對(duì)電網(wǎng)的污染并有效地改善功率因數(shù)的作用。輸出側(cè)電抗器則主要起抑制高次諧波的作

26、用。變頻器輸出電壓中包含的高次諧波有兩個(gè)不利的影響:一是干擾弱電控制系統(tǒng)，二是在較長(zhǎng)的電纜中產(chǎn)生漏電流，這個(gè)漏電流有時(shí)足以使變頻器和計(jì)算機(jī)無(wú)法工作。在沒(méi)有輸出濾波電抗器情況下，電機(jī)與變頻器之間的最大允許導(dǎo)線長(zhǎng)度在100米左右，而使用輸出濾波電抗器時(shí)這個(gè)長(zhǎng)度可以達(dá)到600~800米。由于聚酯生產(chǎn)裝置往往比較龐大，電機(jī)與變頻器之間的距離都比較遠(yuǎn)，所以為了保險(xiǎn)起見(jiàn)需加裝電抗器。另外，輸出電抗器對(duì)保護(hù)電機(jī)絕緣也有好處。上述一次線路構(gòu)成適用于漿

27、料輸送泵、預(yù)聚物輸送泵、熔體輸送泵、消光劑輸送泵、預(yù)聚反應(yīng)器攪拌器電機(jī)等的變頻驅(qū)動(dòng)。對(duì)于后縮聚反應(yīng)器攪拌器出/入口電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于電機(jī)無(wú)法備用設(shè)置，為了提高可靠性，采用兩套變頻器互為備用的方式，其一次線路圖如圖2。</p><p>　　圖2      一次線路(變頻器互為備用)</p><p>　　這樣設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)，在遼化、浙化聯(lián)

28、運(yùn)行的都很成功，達(dá)到了工藝要求和增容的目標(biāo)。同國(guó)外進(jìn)口的聚酯裝置相比，有如下的特點(diǎn):    (1) 可靠性、實(shí)用性高于原進(jìn)口設(shè)備。由于是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)，目的性明確，且設(shè)備均選用國(guó)外最先進(jìn)的變頻器和低壓電器，因而在可靠性、實(shí)用性方面都要優(yōu)于原進(jìn)口設(shè)備。    (2) 工藝連續(xù)性優(yōu)于原進(jìn)口設(shè)備。原進(jìn)口設(shè)備的不足之處，實(shí)用后做了改進(jìn)，在我們改造中體現(xiàn)出來(lái)，更為實(shí)用。 

29、60;  (3) 造價(jià)僅為原進(jìn)口的1/3。</p><p>　　8  粘膠長(zhǎng)絲靜變頻電源    粘膠長(zhǎng)絲是以棉籽等做原料的非常受歡迎的化纖產(chǎn)品，出口很多。    粘膠纖維行業(yè)紡絲設(shè)備多數(shù)是高速電機(jī)，眾多的紡錠電機(jī)為150Hz/160V。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)粘膠行業(yè)一直使用電動(dòng)-發(fā)電機(jī)組中頻電源供電，稱動(dòng)變頻。由于這種方法弊病太多，而逐

30、步采用交流變頻電源供電，稱靜變頻。我公司首先為邵陽(yáng)化纖廠提供8套150HZ/160V 160KW靜變頻電源;接著為吉林化纖廠提供25套150HZ/160V 200kW;湖北化纖廠14套;九江化纖廠12套;宜賓化纖廠7套;維坊巨龍化纖廠16套靜變頻電源，均采用日本富士變頻器。邵陽(yáng)化纖廠是我國(guó)粘膠行業(yè)最早自行應(yīng)用靜變頻的廠家，8臺(tái)160kW變頻器分二組供電(每組一臺(tái)備用)。自1992年12月生產(chǎn)以來(lái)，比動(dòng)變頻有明顯優(yōu)勢(shì)。 

31、60;  (1) 可靠。運(yùn)行多年，未發(fā)生故障跳閘。    (2) 運(yùn)行穩(wěn)定，電壓、頻率波動(dòng)極小。    (3) 調(diào)頻方便，為工廠生產(chǎn)不同捻度的絲餅創(chuàng)造了條件。    (4) 噪音小，改善了操作人員的環(huán)境    (5) 提高了產(chǎn)品質(zhì)量。該廠一期工程(采用動(dòng)變頻供電)，粘膠長(zhǎng)絲合格率僅55.1%，一等品&

32、lt;/p><p>　　參考文獻(xiàn)    [1] 王占奎等. 變頻調(diào)速應(yīng)用百例[M]. 北京:科學(xué)出版社,1999.    [2] 胡建忠,陳濱島,楊恒之. 長(zhǎng)絲高速紡擠壓機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)研制情況報(bào)告[C]. CECE'94 184P.    [3] 戴思斌. 交流變頻調(diào)速技術(shù)在腈綸生產(chǎn)中的應(yīng)用[C].  C

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