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(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)325萬元，年節(jié)電58萬kW。97年該項(xiàng)目通過中國(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)過程是一種相當(dāng)精細(xì)的生產(chǎn)過程，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kW.h，每度電按0.21元計(jì)，每年可節(jié)約60萬元左右。200臺(tái)變頻器投資約300萬元，綜合效益1000萬元。</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，逐漸暴露一點(diǎn)問題，不能適應(yīng)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的要求，其問題是:

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)過幾年來(特別是近年來)的運(yùn)行，逐漸暴露出了問題。    (1) 不適應(yīng)符合品種大范圍變化的需求，生產(chǎn)過程中時(shí)有跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)(先天存在)。據(jù)開車6年來統(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)停車現(xiàn)象也屢有發(fā)生(開車以來發(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題，近年來也偶有故障發(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    由于上述問題的存在，從90年代開始，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 9 轉(zhuǎn)矩限定功能 無 有 10 調(diào)整方式 電位器 鍵盤輸入 11 保護(hù)功

17、能 5種 13種(故障記憶) 12 通訊功能 無 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，沖擊電流見效80%。設(shè)備投入運(yùn)行以來，沒有一臺(tái)卷繞機(jī)電動(dòng)機(jī)燒毀，過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)過程是一個(gè)連續(xù)的、自動(dòng)化的過程，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)無法工作。在沒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)來說，由于電機(jī)無法備用設(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，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，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，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&

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