引言
化纖生產(chǎn)線是粘膠紡絲類基礎(chǔ)行業(yè)，同時也是耗能大戶，其主要生產(chǎn)工藝都是通過各種泵、攪拌機(jī)、空氣壓縮機(jī)來完成。現(xiàn)在倡導(dǎo)節(jié)約型社會的今天，而能源的浪費(fèi)卻相當(dāng)?shù)捏@人。目前，這些粘膠泵、水泵和空氣壓縮機(jī)大都處于電動機(jī)驅(qū)動恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，還有企業(yè)在運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，容量選擇的較大，系統(tǒng)匹配不合理，往往是“大馬拉小車”，造成大量的資源浪費(fèi)。如將占絕對多數(shù)的非調(diào)速型電機(jī)改成調(diào)速運(yùn)行，使其耗電量實(shí)現(xiàn)隨負(fù)荷大小而變化，則可節(jié)約大量能源，將產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果。現(xiàn)代電力電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展使得交流電動機(jī)變頻調(diào)速在頻率范圍、動態(tài)響應(yīng)、精度要求和使用效果等方面發(fā)生了巨大的發(fā)展。現(xiàn)在凡是可變轉(zhuǎn)速的拖動電動機(jī)都可以用變頻來調(diào)速從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，據(jù)我們對生產(chǎn)耗電能統(tǒng)計(jì)，每季度可節(jié)電量34%以上。因此,交流調(diào)速技術(shù)在化纖行業(yè)中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展空間。
一、變頻器調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理
實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護(hù)電路以及控制器（MCU／DSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U/f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點(diǎn)是能消除或抑制低次諧波，使負(fù)載電機(jī)在近正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。
采用PWM控制方式的電機(jī)轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制。如對壓縮機(jī)來講，一般不超過7000r/min。而采用PAM控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高 1.5倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時，由于PAM在調(diào)整電壓時具有對電流波形的整形作用，因而可以獲得比PWM更高的效率。此外，在抗干擾方面也有著PWM無法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對電網(wǎng)的污染。采用該控制方式的變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降64%，電源頻率降低30%，出膠壓力降低57%。
異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n可以表示為：
公式中，n2為同步轉(zhuǎn)速，Δn1為轉(zhuǎn)差損失的轉(zhuǎn)速，p為磁極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為電源的頻率。可見，改變電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速。頻率的下降會導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓。這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時，電動機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速VVVF（Variable Velocity Variable Frequency），簡稱變頻調(diào)速。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，提高電機(jī)的功率因數(shù)，減少無功功率消耗。
由變頻調(diào)速原理可知，調(diào)節(jié)供膠流量，原則上有二種方法；一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供膠閥，流量上升；關(guān)小供膠閥 ，流量下降。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)，膠泵轉(zhuǎn)速升高，供膠流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對于用膠流量經(jīng)常變化的場合，采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量。
二、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
變頻調(diào)速器的控制可以是自動的，也可以是手動的。目前，我們在粘膠泵控制系統(tǒng)中使用的調(diào)速技術(shù)，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，已達(dá)到調(diào)速的目的。部分采用閉環(huán)調(diào)速控制。
異步電機(jī)調(diào)速有許多方法，如變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速等。前兩種轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對電機(jī)特性來說都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源的頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬（10～100％）和精度高等性能，節(jié)電效果可達(dá)到30～40％。變頻調(diào)速有兩種方法：一是交－直－交變頻（如圖1），適用于高速小容量電機(jī)；二是交－交變頻。適用于低速大容量拖動系統(tǒng)。
交－直－交電壓型變頻器主結(jié)線圖，見圖1：
圖1 交－直－交電壓型變頻器主結(jié)線圖
對精度要求高的供膠泵采用閉環(huán)調(diào)速控制（如圖2）：
圖2 中小功率變頻器閉環(huán)控制框圖
系統(tǒng)主要有四部分組成（1）控制對象：電機(jī)功率100KW,額定電流150A,流量720m/h,揚(yáng)程32.3m。（2）變頻調(diào)速器：選用西門子 MM440適配通用電機(jī)，功率110KW,額定電流160A。一般用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的混合變頻器容量選擇的基本方法是：變頻器額定輸出電流大于1.1倍的電動機(jī)的額定電流。（3）壓力變送器（PT）:選用DLK100-OA/0-1Mpa,用于控制出口壓力，將壓力信號變換為4-20Ma的標(biāo)準(zhǔn)電信號。（4）調(diào)節(jié)器（PID）:選用WP-D905,輸入信號4～20mA。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，參數(shù)超調(diào)波動范圍小，偏差能及時進(jìn)行控制。變頻器的加速和減速可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求自動調(diào)節(jié)，這種高的控制精度能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
變頻器具體參數(shù)設(shè)置必須和控制電機(jī)的電壓，電流，容量，頻率范圍相一致，比較重要的是啟動及停止斜率時間，和容忍輸入電壓波動范圍的設(shè)定。設(shè)置恰當(dāng)可以減少電壓波動對變頻器影響。這些具體參數(shù)設(shè)定是經(jīng)過長期反復(fù)實(shí)踐摸索出來的，對粘膠絲穩(wěn)定生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用。
三、變頻具體注意事項(xiàng)
變頻器對線路及電氣設(shè)備的過載、欠電壓和短路斷路進(jìn)行保護(hù)，并具有分級選擇保護(hù)；能直接啟動電動機(jī)，并保護(hù)電動機(jī)，發(fā)動機(jī)和整流裝置等免受過載、短路和欠電壓等不正常情況的危害。由于化纖生產(chǎn)線周圍整體環(huán)境惡劣、含有一定濃度的腐蝕性氣體，即使加上抽排風(fēng)，各種外露的金屬還是氧化腐蝕、脫落嚴(yán)重，這對變頻器等各種電器設(shè)備是一種嚴(yán)重考驗(yàn)。變頻器產(chǎn)生故障的原因是多方面的，即使是同一原因，也會出現(xiàn)不同的故障現(xiàn)象，故障產(chǎn)生后為了盡早恢復(fù)正常，必須根據(jù)故障的特征、錯誤代碼進(jìn)行及時故障排除。在一次全廠秋季檢查停電中，供給紡絲車間一臺變頻器M440停電后再送電時，由于停電時間比較長，這些老舊設(shè)備在惡劣環(huán)境下自身損壞嚴(yán)重，停電后室溫變低，相對濕度變高在設(shè)備上電路表面產(chǎn)生凝露，啟動失靈。只好更換一個新備臺繼續(xù)使用，最后經(jīng)過干燥，清掃處理后它又重新可以使用了。有必要對變頻器進(jìn)行定期清理檢修維護(hù)。
為防止控制器和變頻器的控制信號線受空間電磁場的干擾，可在這些控制信號線的外層接屏蔽線，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。此種接線一定要注意，對屏蔽的接地點(diǎn)只能選取一點(diǎn)。不管是在控制器一邊，還是在變頻器的一邊。這樣，可保證提高系統(tǒng)的抗干擾能力。如果，屏蔽線在兩端都接地，會使屏蔽線上產(chǎn)生電勢差，不但不能提高系統(tǒng)的抗干擾的能力，反而加重外界對控制器的干擾。
變頻器屬于儲能設(shè)備，在變頻器、電動機(jī)底座或外殼，配電箱，電纜外皮和電纜盒的外殼，及穿線銅管等，需要有相應(yīng)的接地或接零保護(hù)，為減少人員受傷。
總結(jié)
變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到粘膠化纖行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢，同時極大的優(yōu)化了粘較絲生產(chǎn)流程，提高了粘膠絲的生產(chǎn)率，必將成為粘較絲生產(chǎn)中電力拖動系統(tǒng)的中樞設(shè)備。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是企業(yè)改造挖潛、增加企業(yè)效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè)，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時這也是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。