李方園  寧波捷創(chuàng)技術(shù)有限公司

　　1　前言

　　短纖維產(chǎn)品如滌綸中空纖維、三葉纖維、七孔中空纖維、十孔中空纖維本、以及各類阻燃纖維、抗菌纖維、加硅纖維（PP棉）等，它具有手感好、彈性、蓬松度高的特點，產(chǎn)品適用于生產(chǎn)噴膠棉、無紡布、針刺布、服裝、玩具、枕芯填充料、踏花被、人造毛皮等等。由于該產(chǎn)品暢銷國內(nèi)國際市場，很多企業(yè)都在對老線進(jìn)行技術(shù)改造或是引進(jìn)新的生產(chǎn)設(shè)備。本文就是針對該系列設(shè)備推出的成熟的變頻技術(shù)方案。

　　短纖維設(shè)備包括前紡處理和后紡處理兩大設(shè)備。其中后紡設(shè)備和工序包括：集束----牽伸浸油----卷曲-----熱定型----切斷----打包-----檢驗----成品----出廠。其中最為重要的是從牽伸到卷曲的工藝過程，該流程中共有4個傳動機(jī)構(gòu)（一道牽伸、二道牽伸、三道牽伸、卷曲），在傳統(tǒng)的工藝中采用一臺大電機(jī)通過機(jī)械齒輪來單軸控制4個傳動。由于單軸傳動的弱點逐漸凸顯出現(xiàn)，如齒輪箱損壞率高、牽伸比調(diào)節(jié)困難、單軸容易斷裂等。因此在目前進(jìn)口的化纖后紡設(shè)備中基本上都采用獨立變頻傳動的方式來實現(xiàn)。

　　在采用獨立變頻傳動的同時，有二個最重要的問題必須要加以解決：（1）發(fā)電及能量反饋的問題；（2）同步牽伸的問題。二者都是由于化纖后紡工藝的需要，后紡的一個重要任務(wù)就是要使纖維絲通過牽伸速度的不同來達(dá)到工藝要求，這就導(dǎo)致了一道和二道牽伸經(jīng)常處于發(fā)電狀態(tài)；同時必須保證4個獨立傳動在加減速和恒速中同比例升速，這就引出了同步牽伸的問題。

　　2  多電機(jī)傳動系統(tǒng)的建構(gòu)

　　在化纖后紡的4個獨立傳動輥中，為保持一定的牽伸比，通常一道牽伸和二道牽伸處于發(fā)電狀態(tài)，三道牽伸和卷曲則處于電動狀態(tài)。

　　2.1 電動和發(fā)電

　　通常從變頻器調(diào)速系統(tǒng)的二種運行狀態(tài)，即電動和發(fā)電。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的降速和停機(jī)是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速w1小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機(jī)從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩Te，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動狀態(tài)。電機(jī)再生的電能P經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網(wǎng)，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分能消耗電能，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使直流電壓Ud升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。

圖一  變頻器調(diào)速系統(tǒng)的二種運行狀態(tài)

　　如何處理再生電能呢？最簡單的辦法就是能耗制動，它采用的方法是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實現(xiàn)制動，但是由于一道和二道牽伸傳動始終處于發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電功率是相當(dāng)可觀的，在實際操作中，需要有龐大的制動電阻群。因此如何將該電能利用起來，是一個急需解決的問題。

　　2.2 　多電機(jī)傳動控制的建構(gòu)

　　對于頻繁啟動、制動，或是四象限運行的電機(jī)而言，如何處理制動過程不僅影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，而且還有經(jīng)濟(jì)效益的問題。于是，回饋制動成為人們討論的焦點，然而目前大部分的通用變頻器還不能通過單獨的一臺變頻器來實現(xiàn)再生能量。為解決這個問題，本文介紹了一種共用直流母線方式的再生能量回饋系統(tǒng)，通過這種方式，它可以將制動產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行充分利用，從而起到既節(jié)約電能又處理再生電能的功效。

　　多傳動控制回路包括直流輸入回路、直流母線供電回路、若干個逆變器（或是具有輸入缺相保護(hù)的通用變頻器），其中電機(jī)需要的能量是以直流方式通過PWM逆變器輸出。在多傳動方式下，制動時感生能量就反饋到直流回路。通過直流回路，這部分反饋能量就可以消耗在其他處在電動狀態(tài)的電機(jī)上，制動要求特別高時，只需要在共用母線上并上一個共用制動單元即可。

　　圖二接線是典型的共用直流母線的制動方式，根據(jù)化纖后紡設(shè)備的特點，一道牽伸M1和二道牽伸M2在正常工作時處于發(fā)電狀態(tài)，三道牽伸M3和卷曲M4則處于電動狀態(tài)。由于M1和M2發(fā)電是由于3道牽伸的電動所引起的，該2臺電機(jī)所產(chǎn)生的回饋能量足以消耗到處于電動狀態(tài)下的M3和M4中，而不會引起直流回路母線電壓的升高，這樣就完全解決了再生能量的制動問題，從而使系統(tǒng)始終處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

　　圖二  共用直流母線的多電機(jī)傳動方式