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1引言

深圳華能公司是我國從事變頻技術最早的企業之一。許多負載第一次應用變頻技術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(89年獨山子石化公司煉油廠)、焦化橋式吊車(91年茂名石化公司)、20噸轉爐傾動及氧槍升降(93年承德鋼廠三套)、腈綸紡絲生產線(94年大慶化纖廠)、2.8m×44m回轉窯(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)、海上平臺電源(92年南海石油西部公司裝備部)、150HZ/160V200KW電源(89年邵陽化纖廠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電場引風機(98大慶新華電廠二套)、高壓氨泵(97年長嶺煉油廠、遼河化肥廠)等。在化纖行業，其業績多多，下面逐一說明。

2腈綸生產線

紡絲的工藝復雜，工位多，要求張力控制，有的要求位置控制。大慶腈綸廠95年對其引進美國CHEMTEX公司采用美國ACC工藝技術的年產5萬噸腈綸生產線進行了變頻PLC改造。我們采用了“同步運行方式”，設置“無張力控制環節”、“松緊架同步裝置”、“總線速度控制方式”、“轉矩矢量控制”等技術，使整條生產線20個絲束處理單元同步運行，平穩可靠，牽伸倍率由1.04到1.4，年增產達382噸，故障降低、節省維修費57.5萬元，年提高產品質量、提高等級合格率經濟效益達325萬元，年節電58萬kW。97年該項目通過中國石化總公司鑒定，專家結論達到90年代國際先進水平。

蘭化化學纖維廠是我國1965年從英國考陶爾茨(Courtaulds)引進的第一套8000t/a腈綸生產裝置，生產工藝采用硫氰酸鈉一步法。

腈綸生產過程是一種相當精細的生產過程，調速精度要求非常高。除纖維的成型和后處理以及毛條加工直接依賴調速外，紡前準備和原液系統的液位、壓力、流量控制以及生產的平穩性、絲束質量、能耗、物耗等都與調速性能有直接或間接的關系。該紡絲生產線長達170m，各道工序絲束的運行速度都是根據工藝要求來設定的。原設計速度控制系統全部采用滑差電機、直流電機及與其配套的電子系統來實現，但由于原英國裝置已運行20多年，設備嚴重老化、故障率高，加上設備本身復雜，維修量大，生產上往往一處波動都會引起全線波動，甚至造成全線停車，生產穩定性差，非計劃停車次數多，產品質量難以保證。

1995年對紡絲生產線的調速系統及主要調速設備進行了全面改造。三條紡絲生產線共安裝變頻調速器113臺，全部淘汰了滑差電機和直流電機，生產穩定性明顯提高，非計劃停車次數逐步減少，廢絲、廢膠量明顯降低，產品質量有了顯著的提高。

采用變頻調速技術后，1995年產量達到16000t/a，把原設計能力翻了一番。這一成績的取得，除設備改造更新后，積極大膽廣泛地采用變頻調速技術也是關鍵因素，僅增加產量一項，每年即可創效益近500萬元以上。

變頻調速技術因其穩定性好，可靠性高，大大提高了設備的運行周期，使過去由于電氣儀表原因造成的非計劃停車次數大幅度下降，每年可增加產量近150噸，增加效益近百萬元。產品質量有了明顯提高，廢絲、廢膠率逐年下降，NaSCN等原料的單耗亦下降，生產成本降低。

1995年與1993年相比，減少廢絲294.004噸，廢膠450.151噸，增加利潤89.49萬元;節約NaSCN320.16噸，增加利潤192.096萬元，節約材料費近30萬元。合計增加效益311.50萬元。

從表1可知，節電效果顯著，經實測，當用變頻調速器協調控制時，電機使用功率平均比原來下降50%以上。

該廠目前有200臺電動機使用了變頻調速器，其使用變頻器前電動機功率總和為828.4kW，使用后功率總和為467.61kW。每臺電動機按設計一年運行8000小時，(實際上大于8000小時)則每年可節電288萬kW.h，每度電按0.21元計，每年可節約60萬元左右。200臺變頻器投資約300萬元，綜合效益1000萬元。

3滌綸前紡生產線

儀征化纖聯合公司滌綸一廠前紡變頻控制系統是80年代引進西德AEG公司技術，由國內組裝的SCR逆變器，由于系統是分立器件，可靠性低，由于SCR不能自關斷、要是使其關斷，增加強迫關斷電路，使設備體積增大。由計量泵和卷繞機構組成一條生產線，計量泵有24臺、由1臺變頻器控制，卷繞由7輥、5輥和喂入輪組成。7輥有7臺電機，由1臺變頻器控制;5輥有5臺電機，由1臺變頻器控制，喂入輪1臺電機由單臺變頻器控制。為了保證精度，從計量泵到卷繞機構共計37臺電機全部采用永磁或永磁反應式同步電機，卷繞7輥、5輥和喂入輪嚴格按工藝給定的比例運行，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。原系統為4備1(或2備1)系統，即有4條常用生產線，1條線后備，主回路由電磁接觸器聯鎖切換，控制信號的邏輯電路由中間繼電器構成并完成切換，而模擬電路(如設定信號、比例信號)的切換，靠更換接插頭電纜完成，切換很頻繁，與中央控制的邏輯聯系靠很多中間繼電器來完成。由于控制落后，嚴重影響了生產，已造成必然。1993年深圳華能公司和滌綸一廠工同設計了由富士變頻器和可編程控制器組成的前紡電氣傳動控制系統。該系統頻率設定電路采用數字設定方法，不僅達到工藝要求的高精度要求，設定分辨率達到0.01Hz，而且從根本上解決了模擬設定電路的溫度漂移問題。在調試和生產運行中證明了這一點。

系統的所有操作，即變頻器的啟動、停止，包括現場的低速、高速信號和系統間的連鎖信號與儀表系統的信號控制、主臺與備臺的切換邏輯連鎖，全部用1臺PLC來實現，大大簡化了外部接線，省去了所有的中間繼電器，從而大大提高了系統的可靠性，因為PLC的所有輸入、輸出均有指示，也為系統的維護帶來很多便利條件。

以主臺與備臺的切換舉例，原系統在主備臺切換時，有專用的切換控制柜，在切換柜上完成主回路的切換，有一批中間繼電器完成相應的邏輯連鎖。變頻器的模擬設定等信號要靠接插件改變連接來實現，而現在的系統只要一只轉換開關，就可將主回路的切換和控制回路、設定電路的所有信號的切換工作完成，中間邏輯、連鎖邏輯完全由PLC的軟件來實現，從而大大簡化了切換操作，提高了切換速度，降低了故障率。

4切斷機

儀征化纖工業聯合公司滌綸四廠紡絲車間切斷機為20世紀80年代引進德國產品，屬雙閉環直流調速控制，投產以來，逐漸暴露一點問題，不能適應“安、穩、長、滿、優”的要求，其問題是:

(1)系統振蕩。控制系統屬于雙閉環直流調速，對速度環，電流環和反饋等參數的調整配合要求相當高。稍有參數調整不當，反饋信號干擾，就會產生切斷機刀盤振蕩，造成切絲長度不等，機械齒輪磨損等，嚴重影響紡絲的正常運行。

(1)插卡故障高。由于該系統由兩組可控硅實現正、反轉，現場操作正、反轉頻繁，系統經常在兩個象限間變化，因而封鎖邏輯功能負擔很重。在使用過程中，曾出現封鎖邏輯損壞現象。

(3)制動抱閘卡死。系統制動部分采用電磁抱閘原理。實際運行中，啟停車相當頻繁，而制動單元摩擦片極易損壞并卡死，現場條件又使得換卸工作相當不便，這種類型故障往往需相當長時間才能修復，嚴重影響生產。

(4)電機碳刷磨損快、火花大。直流電機及測速發電機碳刷磨損快，經常造成火花增大，從而使系統穩定性、可靠性降低，并增加了日常工作的維護量。

為此，1993年在深圳華能的配合下，對該設備進行了改造，設計方案的特點如下:

4.1新系統的特點

(1)在新系統中，核心環節變頻單元，選擇了具有90年代水平日本富士公司生產的FRN5000G7S系列變頻器，該變頻器控制器采用了雙16位CPU，并具有高速轉矩限定，轉差率補償控制等特殊功能。對中心環節-信號處理單元，選擇了具有90年代先進水平的可編程控制器。

(2)新系統中采用了微處理機，增加了全工藝流程顯示功能，一旦出現故障，馬上能采取相應的處理手段，充分利用富士變頻器的優點，對輸出電流、輸出頻率(輸出轉速)都做了限定(并對其數據進行加權處理)，從而提供了系統的可靠性。

(3)利用國產交流電機與系統配套，采用原系統中的產量顯示功能，可靠并降低了成本。

(4)由于富士變頻控制器、微處理機都具有計算機通訊接口，便于今后系統擴充，系統聯網。實踐證明，新設計的系統是十分成功的。

4.2新系統的運行效果

新系統于1993年3月制造完成，4月調試空運成功。7月上機運行，經過5個月的運行，證明其性能優異，完全滿足工藝生產要求。運行穩定、可靠，無任何故障出現，具有很強的實用性，完全達到原系統的指標，經試用證明，新系統的運行效果如下:

(1)該系統控制性能，產品適應范圍(調速范圍)達到并超過了原德國設計系統，切斷速度在原設計50~350m/min之內系統控制穩定，并根據工藝要求可調。

(2)新系統保護功能強(13種)，并具有故障記憶、自診斷、顯示功能。對分析故障及解決問題提供了強有力的手段。

(3)調試簡單。新系統所有參數的設定及修改均由面板的主鍵盤來完成。與以前的系統相比，大大縮短了時間，簡化了調整方法，使其更易掌握。

(4)新系統中采用的變頻器具有很多獨特的、有實用價值的功能。如高速轉矩的計算、轉矩的限定、電流限定等功能。這些特性保證了新系統的性能優異。

(5)新系統功率因數高，諧波成分小。因為系統中變頻器整流側采用的二極管橋，因此實測功率因數都很高，均在0.95以上，而原設計系統功率因數值僅在0.45~0.8之間。

(6)新系統有比較優越的價格性能比，而且體積小，重量輕，更換方便。

(7)系統可靠性高。由于該系統采用交流電機，無滑環和炭刷、不可能打火和更換，提高了設備可靠性。

(8)提高生產效益。原切斷機投產以來，累計故障停產50次，每次平均1.5天。

(9)電控系統比較如表2所示。

5長絲高速紡

天津石油化工廠高速紡螺桿擠壓機調速系統是80年代由日本引進的。經過幾年來(特別是近年來)的運行，逐漸暴露出了問題。

(1)不適應符合品種大范圍變化的需求，生產過程中時有跳閘現象出現(先天存在)。據開車6年來統計，每年均在十次以上(90、91年多達40次/年以上)，嚴重影響了紡機的正常運行。

(1)由于現場環境不良等原因，造成PG測速反饋環節故障而導致的螺桿擠壓機停車現象也屢有發生(開車以來發生16起)。

(3)原裝置功率因數低，諧波成分高，對電網污染大。

(4)原裝置本身由于元器件等問題，近年來也偶有故障發生，然而備件供應困難、周期長(要2年左右)，價格高(一套控制板要13萬元人民幣左右)，因此這一環節也直接影響了生產的穩定。

5.1螺桿擠壓機的變頻改造

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上采取了減位生產等措施。僅此一項每年就使該廠損失利稅數百萬元以上。

據此原因，該廠會同深圳華能公司對POY螺桿擠壓機調速系統進行改造。

(1)在新系統中，核心環節-變頻單元，我們選擇了90年代水平，日本富士公司生產的FRN5000G7-4系列變頻器。該變頻器控制回路采用雙十六位CPU，控制采用磁通控制SPWM模式，并具有高速轉矩限定、轉差頻率補償控制等特殊功能。

(2)新系統中壓力調節部分仍采用了原裝置中的智能化壓力調節器(型號:SLCD-120*B〈日本YEW公司產〉)。

(3)利用FRNIC5000G/P7系統變頻器特有的轉差補償控制功能，去掉PG測速反饋環節，進一步簡化了系統。

(4)該系統控制性能，產品適應范圍(調速范圍)達到并超過了原日方設計的系統。該系統在生產250dtex(最大規格品種)poy絲時，喉部壓力可保證在＋(－)0.5Mpa之內。這小于工藝允許壓力偏差值，而調速范圍可達原系統的數倍以上。

(5)新系統保護功能強(13種)并具有故障記憶及自診斷功能。一旦變頻器出現問題，這對分析故障及解決問題提供了強有力的手段。

(6)調試簡單:新系統所有參數的設定及修改均由面板上的鍵盤來完成。較以前的系統，大大縮短了調整時間，簡化了調整方法，使一般人更易掌握。

(7)新系統中采用的變頻器具有很多獨特的、有實用價值的功能。如:高速轉矩計算、轉矩限定、轉差補償控制、電流限定等功能。這些特性，保證了新系統的優異性能。

(8)新系統功率因數高，諧波成分小。因為系統中變頻器整流側采用的二極管橋，因此實測功率因數很高，均在0.97以上，而日方設計系統cosφ值在0.4-0.8之間。表3是3臺螺桿機實測值:

(9)新系統有比較優越的價格性能比，且體積小、重量輕、更換方便。

(10)系統可靠性高。由于系統采用GTR元件只有一個功率控制級，因此可靠性能大大提高(原系統有整流、逆變兩個功率控制級)。

－)1Mpa≤＋(－)0.5Mpa

5控制電路型式數-模混合雙CPU全數字化

6控制功能實現硬件編碼設定(軟件)

7電流波形階梯波接近正弦波

8速度環有無

9轉矩限定功能無有

10調整方式電位器鍵盤輸入

11保護功能5種13種(故障記憶)

12通訊功能無RS232C串行接口

13擴展不方便5種標準選擇、方便

14電流檢測CT霍耳元件

15顯示LED燈顯示數顯

16容量44KVA60KVA

17價格(萬元)726.1

6卷繞機

天津石化公司長絲廠1985年引進全套日本帝人公司POY紡絲設備，電氣調速系統采用變頻器集中控制，其中卷繞機使用FRNIC-1000可控硅電壓型變頻器。

6.1原系統的主要特點:

(1)主件開關速度慢

(2)輸出波形不好

(3)變頻器設計復雜，故障率較高

(4)用集中控制，一臺變頻器帶幾十臺卷繞機，若某一臺卷繞機出現故障或操作不當都可能使變頻器跳閘，易使故障擴大，這種故障每年發生10次左右，并逐年增加。

(5)卷繞機使用的電動機是特殊電機，起動電流是運行電流的15倍左右，頻繁起動容易燒毀電機。

(6)鋸齒波發生器是模擬量控制，控制精度低、溫漂大、抗干擾差。

基于以上原因，1996年初決定對原集中變頻系統進行改造，雙方工程技術人員經過試驗分析，選用了在國際上較先進的日本明電舍VT210S具有卷繞機要求的擺頻功能系列變頻器。

6.2變頻改造后的系統特點

(1)頻率精度較高，數字設定±0.01%，適合紡絲生產要求;

(2)抗干擾能力較強，而對其他電氣設備干擾小;

(3)故障診斷功能強:23種代碼分別代表過流、過壓、欠壓、過熱、過載、I/O、接地、CPU等等。對故障狀態下的電流、頻率都有記載，便于故障分析和處理。

(4)內部輸入/輸出信號，既有RY接點繼電器輸出，又有集電極開路輸出;

(5)變頻器具有往復運行方式功能，適合紡織機械要求橫動速度反復變化的需要，不用另加鋸齒波信號源:

改造后的變頻器的負載運行測試數據如表5所示。

注:FR為磨擦輥電機，TR為橫動電動機。

以上數據看出采用明電舍210S型變頻器做卷繞機單臺控制后電動機起動電流明顯減小，實現了所謂的“軟”起動，與改造前起動電流50A比較，沖擊電流見效80%。

設備投入運行以來，沒有一臺卷繞機電動機燒毀，過去平均每月要燒毀電動機1.5-2臺。

改造后擺頻部分的工藝參數可以用數字量精確控制，使產品質量和產量大幅度提高。

48臺卷繞機變頻系統由“集中”變頻控制改造成“單臺”變頻控制后，穩定了工藝，不到一年即收回改造投資，改造非常成功，為該廠提高產品質量和增加產品產量打下基礎。

7聚酯生產線

聚酯生產是連續的過程，我國的聚酯生產裝置最初是從國外成套引進，最近幾年由于擴容，多數由國內設計并購國內設備來完成增容改造。我公司參加并完成如遼化聚酯廠和浙化聯聚酯裝置的改造，由于均選用進口變頻器，低壓開關，接觸器等。既保證了設備可靠性，又降低了設備成本。

聚酯生產中，有調速要求的有漿料輸送泵電機、預聚反應器攪拌器電機、預聚物輸送泵電機、后縮聚反應器攪拌器入口電機、后縮聚反應器攪拌器出口電機、熔體輸送泵電機、消光劑輸送泵電機等。聚酯生產過程是一個連續的、自動化的過程，裝置由DCS(集散控制系統)系統集中監控，各個傳動部位接收來自DCS的控制指令并回饋相應的運行狀態信號給DCS系統。

一般情況下不允許其中某個環節突然中斷，一旦發生較長時間的中斷可能導致巨額的經濟損失。因此，在有可能的部位，管道設計成兩個通路，每個通路設有傳動裝置，可以互為備用，也可同時工作。后縮聚反應器攪拌器出入口電機對連續工作的要求更高，由于該部位電機本身無法備份，對變頻器的可靠性要求就大大提高，因此一般要求變頻器設置二套互為備用，在運行變頻器出現故障情況下備用變頻器應能盡快投入運行，保證連續生產的需要。

由于聚酯生產裝置對傳動系統可靠性要求較高，滿足電機的在線啟動，重載啟動功能及較強的通訊擴展功能，我們采用德國西門子變頻器及日本富士變頻器。

聚酯變頻器調速系統的一次回路構成如圖1所示。

由于一套裝置中采用了較多的變頻器，因此變頻器產生的諧波問題就比較突出。為此在變頻器輸入側和輸出側均安裝了交流電抗器。輸入電抗器主要起抑制諧波對電網的污染并有效地改善功率因數的作用。輸出側電抗器則主要起抑制高次諧波的作用。變頻器輸出電壓中包含的高次諧波有兩個不利的影響:一是干擾弱電控制系統，二是在較長的電纜中產生漏電流，這個漏電流有時足以使變頻器和計算機無法工作。在沒有輸出濾波電抗器情況下，電機與變頻器之間的最大允許導線長度在100米左右，而使用輸出濾波電抗器時這個長度可以達到600~800米。由于聚酯生產裝置往往比較龐大，電機與變頻器之間的距離都比較遠，所以為了保險起見需加裝電抗器。另外，輸出電抗器對保護電機絕緣也有好處。

上述一次線路構成適用于漿料輸送泵、預聚物輸送泵、熔體輸送泵、消光劑輸送泵、預聚反應器攪拌器電機等的變頻驅動。對于后縮聚反應器攪拌器出/入口電機的變頻驅動來說，由于電機無法備用設置，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。

這樣設計的調速系統，在遼化、浙化聯運行的都很成功，達到了工藝要求和增容的目標。同國外進口的聚酯裝置相比，有如下的特點:

(1)可靠性、實用性高于原進口設備。由于是國內設計，目的性明確，且設備均選用國外最先進的變頻器和低壓電器，因而在可靠性、實用性方面都要優于原進口設備。

(2)工藝連續性優于原進口設備。原進口設備的不足之處，實用后做了改進，在我們改造中體現出來，更為實用。

(3)造價僅為原進口的1/3。

8粘膠長絲靜變頻電源

粘膠長絲是以棉籽等做原料的非常受歡迎的化纖產品，出口很多。

粘膠纖維行業紡絲設備多數是高速電機，眾多的紡錠電機為150Hz/160V。長期以來，國內粘膠行業一直使用電動-發電機組中頻電源供電，稱動變頻。由于這種方法弊病太多，而逐步采用交流變頻電源供電，稱靜變頻。我公司首先為邵陽化纖廠提供8套150HZ/160V160KW靜變頻電源;接著為吉林化纖廠提供25套150HZ/160V200kW;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。邵陽化纖廠是我國粘膠行業最早自行應用靜變頻的廠家，8臺160kW變頻器分二組供電(每組一臺備用)。自1992年12月生產以來，比動變頻有明顯優勢。

(1)可靠。運行多年，未發生故障跳閘。

(2)運行穩定，電壓、頻率波動極小。

(3)調頻方便，為工廠生產不同捻度的絲餅創造了條件。

(4)噪音小，改善了操作人員的環境

(5)提高了產品質量。該廠一期工程(采用動變頻供電)，粘膠長絲合格率僅55.1%，一等品合格率為零，二等品合格率20%。而二期工程(采用靜變頻供電)平均合格率98.12%，一等品合格率為88.7%。

(6)增加了產量。一期工程設計能力2000噸/年，試生產半年，產量僅365.53噸，而二期工程設計能力1000噸/年，試生產半年，生產長絲685.25噸，大大超過設計能力。

(7)節電13%。

由于靜變頻電源給企業帶來頗豐的利益，優質、增產、節能、降耗、降噪聲。全國15家粘膠長絲生產廠，基本上淘汰了動變頻設備，而選擇了靜變頻電源。

參考文獻

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