[論文摘要] 本文根據高速彈力絲機對電氣傳動的技術要求，簡介FK6-900直流調速和復雜的齒輪傳動結構存在缺點之后，推出全新的FK6A-900交流變頻調速，采用稀土永磁同步電動機開環控制的變頻調速系統。文中介紹了電氣設計和控制框圖以及實際使用中的收益。 1、概述 FK6系列彈力絲機是一種將聚酯予取向絲（POY絲）進行拉伸假捻變形成彈力絲（DTY絲）的設備，是POY絲后加工設備，是江蘇宏源紡機集團股份公司與德國Barmag公司于八十年代初技貿合作產品，在目前國內市場銷售量已超過400臺。該產品的傳動系統原來采用直流閉環調速系統。這種直流電機調速系統中，由于直流電機（進口或國產）的維護周期短，電機維護費用大；加之控制板品種多，備件缺乏，且備件價格昂貴；要求電氣維修人員技術水平高，維護工作量大；而且機械齒輪傳動結構較復雜，改變工藝時，必須停機變換工藝齒（帶）輪，用戶必須配備幾十種工藝帶（齒）輪，調換工作極不方便。根據電氣傳動及控制技術的發展，并且為了適應用戶市場小批量、多品種的工藝變化，通過市場調研，宏源公司于一九九六年底決定對該機的傳動及控制系統進行重新開發研制，采用同步電動機變頻調速系統控制（機器型號為FK6A-900），取代原直流電機速度控制（ 機器型號為FK6-900），割除工藝帶（齒）輪。大大簡化傳動系結構，減少了加工及裝配工作量, 提高了系統可靠性，降低了制造成本，節約了能源消耗，取得了新產品開發研制的成功。 2、FK6A-900型高速彈力絲機的電氣傳動系統 2.1 FK6-900高速彈力絲機主要羅拉傳動如圖1 A、B面為對稱。 　 W1（上喂入輥）、W2（中喂入輥）、W3（下喂入輥）、W4（卷繞輥）4檔羅拉采用35kw 直流 電機驅動軸上安裝脈沖發生器。 　 工藝參數調整： 　 W2/W1，W3/W2，W4/W2均通過工藝帶輪完成。 　 W5（橫動輥）采用11kw直流電機驅動。 　 W6（假捻器龍帶輥）采用2×22kw直流電機驅動。 2.2 FK6A-900高速彈力絲機交流變頻調速系統方案的選擇 由于電機傳動系統對機器可靠性影響很大，因此選擇電機調速系統時要充分考慮到系統的傳動控制要求、工作環境、運行可靠性。 （1） 企標要求 根據FK6-900企標Q/32021LG112-1997（企標參考Barmag公司標準而制定，目前尚無國標和部標），標準要求： 1） W2的速度范圍（以W2的線速度為機器基準速度。）：慢速100-300m/min，生產速度300- 900m/min，慢速用于機器調試及檢修，生產紡絲速度為500-800m/min。 故FK6A-900調速范圍 D=9:1（10:1）。 　 2） 各羅拉軸速度精度為±0.5% 3） 根據企標及FK6-900機使用經驗，確定FK6A-900型機工藝調整范圍設計要求： 　 W2/W1牽伸倍數： 范圍1.50 - 4.00； 　 W3對W2欠喂率： 范圍 0 - -15. 0%； 　 W4對W2欠喂率： 范圍 0 - -15. 0%； 　 卷繞（W4）交叉角（2α）： 范圍17°- 40°； 　 橫動（W5）運動：除了橫動輥與卷繞輥之間保持一定比例外，干擾三角波幅 度 0-±5%； 　 摩擦盤（W6）線速度與W2線速度之比D/Y： 范圍1.50 - 2.50。 （2） 變頻調速控制方案的選擇 既然放棄直流調速方案，當然應采用目前先進的交流電動機變頻調速方案?？墒牵烤共捎煤畏N控制方式的變頻調速呢？ 概括起來有四種變頻控制方式： 1）異步電動機開環變頻系統； 　 2）無速度傳感器異步電動機開環矢量變頻系統； 　 3）有速度傳感器異步電動機閉環矢量變頻系統； 　 4）同步電動機開環變頻系統。 綜上四種變頻調速控制方案，異步電動機開環變頻調速達不到0.5%精度不能選用。異步電動機閉環變頻調速雖可滿足工藝調速精度要求，但由于加反饋使系統復雜化，可靠性降低，況且價格不低。異步電動機采用矢量型變頻器開環控制時，系統精度僅達1%，無法滿足該系統要求。因此若達到0.5%速度精度要求，必須采用變頻器數字量設定，同時采用編碼器閉環反饋，增加控制環節，而且目前有的變頻器通訊和反饋不能同時使用，就給這個系統控制閉環控制造成一定局限性。我們也可采用帶有高速計數通道PLC進行大閉環速度調整，但精度和實時性差一些。同時要考慮到編碼器PLC高速計數通道的響應匹配，增加軟件編制工作量。同時使用控制中P、I、D參數要通過現場實際控制來調節，以達到較好的效果。從價格方面考慮，11kw以下同步電機的開環控制與同功率異步變頻閉環控制成本相近。另外稀土永磁同步電機功率因數和效率較高，整機傳動功率降低，功耗降低約10%，約5kw，降低用戶成本。最終選用稀土永磁同步電動機開環控制變頻調速系統，其理由如下： 　 1） PM.SM轉速精度在開環控制下，很容易達到0.5-0.01%，系統簡單可靠； 　 2） PM.SM效率高，力率良。比較異步電動機可節能4-10%； 　 3） FK6A-900高速彈力絲機有7個同步（比例同步）變頻傳動，非常容易實現共用直流電源的 7臺逆變器方案（它是最簡單最理想的方案）； 　 4） PM.SM雖比異電動機貴些（1/3-1/2），但比進口專用變頻異步電動機還便宜一些。 　 根據 FK6A-900型機所要求速度范圍和精度要求，并根據市場調研和電機制造廠進行技術交流，性能、價格比較，決定W1、W2、W3、W4選用浙江中源電氣有限公司TYBZ系列三相交流變頻稀土永磁同步電動機變頻開環控制。同步電動機，采用高性能稀土永磁材料作為同步電機轉子的勵磁，電機的運轉效率和功率因素高，調速精度高，調速范圍大，輸出特性硬，運轉平穩，在開環控制下可取得很高的調速精度。該類電機曾在我公司ASKV612型牽伸機上使用，用戶運行一年多，電機無出現任何故障。該種電機安裝機座號與相同功率異步電動機相同，我們與電機廠簽定詳細技術要求和質量保證。主要的技術要求為：功率、極數、頻率范圍、V/F比關系、絕緣等級（F級）、熱敏電阻（PTC）保護、電機軸承質量（進口）等。W5、W6和W7采用異步變頻電機閉環控制。 　 表1為四種方案比較。 表1 交流電動機變頻調速各種控制方案及性能比較一覽表 [注] VVVF——變頻器, IM——異步機, PM.SM——永磁同步機, VVVFV——矢量變頻器 ★——適用（能）, ▲——不適用（不能） 3 FK6A-900型變頻調速系統圖，如圖2所示。 [align=center]圖2 FK6A-900高速彈力絲機交流電機變頻調速系統 控制框圖如圖3[/align] 　 說明： 　 人機界面采用西門子TP-27觸摸屏，進行各種工藝參數設置、顯示及故障報警。觸摸屏與PLC進行通訊，進行數據傳遞。PLC是控制核心，與W5 、W6變頻器進行數字通訊來設置變頻器，如頻率參數，同時可從變頻器讀出部分參數如頻率、轉速、電流等參數。整個控制系統具有數字化、智能化、操作簡便、人機對話方便等一系列優點。 4、稀土永磁同步電動機的選用 　 FK6A-900高速彈力絲機采用永磁同步電動機開環變頻調速系統。系統中有二大關鍵設備-變頻器和永磁同步電動機的選用。 　 采用同步電機變頻器開環控制，控制系統簡單，系統的速度精度、穩定度完全取決于變頻器的精度和穩定度。采用西門子MDC.VC系列、三墾MF.IF系列或富士G9P9和VG5、三菱FR-540等系列矢量變頻器開環控制時，同時采用數字量設定，系統精度可達0.1%，完全可以滿足該機的精度要求。 　 至于同步電動機選用浙江中源電氣有限公司生產的TYBZ系列稀土永磁同步電動機,除了實際使用穩定可靠之外,其優點如下： 　 （1） 采用了第三代稀土永磁材料。磁密度高，磁能積大，溫度系數小及不易退磁等特點； 　 （2） 轉子永久磁鋼嵌入方法做了改進設計，磁路分布均勻； 　 （3） 轉子鼠籠結構也有改進，起動方便； 　 （4） 定子繞組嵌線方法不同于一般異步電動機，有利于電動機空載運行。 　 因此，TYBZ稀土永磁同步電動機避免了低頻時（小于5Hz）不穩定現象，也不會在某個頻率時出現振蕩。保證電動機正轉和反轉時電氣參數一致。 所以FK6A-900高速彈力絲機變頻調速系統中采用TYBZ型7.5kw3臺和11kw1臺稀土永磁同步電動機。實踐證明，電氣設計配套正確，完全達到原來設計任務書的技術指標。 5、結語 　 稀土永磁同步電機變頻調速控制在FK6A-900型彈力絲機上得到成功的應用。該機在用戶生產已達一年多時間，銷售總臺數40臺以上，用戶使用情況很好，系統的可靠性得到充分認可，深受用戶的歡迎，為宏源公司產品的技術進步作出貢獻，為企業帶來巨大的經濟效益。