1前言
短纤维产品如涤纶中空纤维、三叶纤维、七孔中空纤维、十孔中空纤维本、以及各类阻燃纤维、抗菌纤维、加硅纤维（PP棉）等，它具有手感好、弹性、蓬松度高的特点，产品适用于生产喷胶棉、*纺布、针刺布、服装、玩具、枕芯填充料、踏花被、人造毛皮等等。由于该产品畅销*内*际市场，很多企业都在对老线进行技术改造或是引进新的生产设备。本文就是针对该系列设备推出的成熟的变频技术方案。
短纤维设备包括前纺处理和后纺处理两大设备。其中后纺设备和工序包括：集束----牵伸浸油----卷曲-----热定型----切断----打包-----*验----成品----出厂。其中*为重要的是从牵伸到卷曲的工艺过程，该流程中共有4个传动机构（*道牵伸、二道牵伸、三道牵伸、卷曲），在传统的工艺中采用*台大电机通过机械齿轮来单轴控制4个传动。由于单轴传动的弱点逐渐凸显出现，如齿轮箱损坏率高、牵伸比调节困难、单轴容易断裂等。因此在目前进口的化纤后纺设备中基本上都采用*立变频传动的方式来实现。
在采用*立变频传动的同时，有二个*重要的问题必须要加以解决：（1）发电及能量反馈的问题；（2）同步牵伸的问题。二者都是由于化纤后纺工艺的需要，后纺的*个重要任务就是要使纤维丝通过牵伸速度的不同来达到工艺要求，这就导致了*道和二道牵伸经常处于发电状态；同时必须保证4个*立传动在加减速和恒速中同比例升速，这就引出了同步牵伸的问题。
2 多电机传动系统的建构
在化纤后纺的4个*立传动辊中，为保持*定的牵伸比，通常*道牵伸和二道牵伸处于发电状态，三道牵伸和卷曲则处于电动状态。
2.1 电动和发电
通常从变频器调速系统的二种运行状态，即电动和发电。在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速w1小于转子转速w时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩Te，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能P经续流二*管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能*法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。
图* 变频器调速系统的二种运行状态
如何处理再生电能呢？*简单的办法就是能耗制动，它采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动，但是由于*道和二道牵伸传动始终处于发电状态，其发电功率是相当可观的，在实际操作中，需要有庞大的制动电阻群。因此如何将该电能利用起来，是*个急需解决的问题。
2.2 多电机传动控制的建构
对于频繁启动、制动，或是四象限运行的电机而言，如何处理制动过程不仅影响系统的动态响应，而�*褂芯眯б娴奈侍狻Ｓ谑牵乩≈贫晌嗣翘致鄣慕沟悖欢壳按蟛糠值耐ㄓ帽淦灯骰共荒芡ü�*的*台变频器来实现再生能量。为解决这个问题，本文介绍了*种共用直流母线方式的再生能量回馈系统，通过这种方式，它可以将制动产生的再生能量进行充分利用，从而起到既节约电能又处理再生电能的功效。
多传动控制回路包括直流输入回路、直流母线供电回路、若干个逆变器（或是具有输入缺相保护的通用变频器），其中电机需要的能量是以直流方式通过PWM逆变器输出。在多传动方式下，制动时感生能量就反馈到直流回路。通过直流回路，这部分反馈能量就可以消耗在其他处在电动状态的电机上，制动要求特别高时，只需要在共用母线上并上*个共用制动单元即可。
�*酉呤堑湫偷墓灿弥绷髂赶叩闹贫绞剑莼撕蠓纳璞傅奶氐悖�*道牵伸M1和二道牵伸M2在正常工作时处于发电状态，三道牵伸M3和卷曲M4则处于电动状态。由于M1和M2发电是由于3道牵伸的电动所引起的，该2台电机所产生的回馈能量足以消耗到处于电动状态下的M3和M4中，而不会引起直流回路母线电压的升高，这样就*解决了再生能量的制动问题，从而使系统始终处于比较稳定的状态。
�*� 共用直流母线的多电机传动方式
2.3 直流输入回路
直流输入回路负责提供多电机传动系统的直流电源，其主要部件为整流器。但是我们知道，当AC/DC电源启动时，将产生*个高达系统标称电流50倍的启动电流对输入电容（本文主要是指VF1-VF4变频器的电解电容）充电。该启动电流会导致主电源上电压降的产生，从而影响连接到同*个电源网络上的其它设备的正常工作，甚至熔断输入线路熔丝。通常情况下离线电源的前端由*个桥式整流器和*个大容量滤波电容组成，启动时对大容量滤波电容的充电会在输入端产生*个称之为启动电流的浪涌电流。如果不限制这*启动电流，那么输入熔丝就可能熔断或者可能触发电路保护断路器。因此直流输入回路的核*问题是控制启动电流。解决该问题的*种方案是将阻抗与*个硅通路元件或者机电继电器并联，再与整流器串连，这样就可以大大降低冲击电流，以保证直流输入回路的可靠性。
2.4 多电机传动的特点
化纤后纺设备采用共用直流母线的多电机传动控制方式，具有以下显著的特点：
a. 共用直流母线和共用制动单元，可以大大减少整流器和制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。
b. 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大；
c. 各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性；
d. 提高系统功率因数，降低电网谐波电流，提高系统用电效率。
3 多电机传动牵伸同步的控制
在化纤后纺设备的四道传动（三道牵伸加卷曲）中，其牵伸比的确定必须以四个传动电机的速度同步为基准。通常情况下，有*个主给定信号，同步控制的目标就是将这个信号按照牵伸比的要求均匀分配到M1、M2、M3、M4四个变频器中去，保证四传动*论在加速、恒速或者减速过程中都能保持同步的比例性。
以下主要讨论目前较为常用的三种同步控制方案。
图三 化纤后纺传动的同步控制方案
3.1 模拟量同步控制
当*台整机或*条生产线中各个传动单元分别由*立的变频器驱动时，为了保证整机在*个主令转速的设置下，各单元同步协调工作（这里为固定的牵伸比），需要配置同步控制器。该同步控制器可对各单元传动速度分别整定，以实现各单元以*定的比例速度同步工作，总的主令设定电压（由电位器决定）通过给定积分器输出，可实现软起动和软停车。
该同步控制器能输出多路模拟量信号给变频器（这里为VF1-VF4）。模拟量输入设定方法是*种控制精度较高的方法，*般情况下可达电压“11bit+符号”或电流“10bit”*别的分辨率。
3.2 脉冲信号同步控制
在电子技术中，脉冲信号是*个按*定电压幅度，*定时间间隔连续发出的脉冲信号。我们将第*个脉冲和第二个脉冲之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。
通常情况下，*大输入脉冲频率可以在0.1KHz到50KHz之间选择。VF1变频器在主令电位器的控制下输出同步脉冲数给VF2，VF2接受脉冲数进行运转并同时输出同步脉冲数给VF3，直到VF4。由于脉冲信号的数字处理技术和抗干扰能力强，因此在同步控制中也被广泛使用。
3.3 通讯总线同步控制
通过网络设定频率是*种高精度的频率设定，其具有通讯速率高，稳定可靠，接线简单等优点，而且在模拟量控制时，输出端经过*个数模转换器，经过导线，进入输入端（变频器）又需要经过*个模数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成*定误差，而通讯传递直接是数字量不需要转换，没有误差，在传输过程中不会造成损耗，而且响应速度率也会很高。
通常情况下，同步控制可采用RS485总线的异步通讯控制方式，如图（3）所示。选用变频器标准内置的RS485可以方便实现与上位机的通讯，同时也可挂现场总线或局域网，通过网络进行信息交换，主要有PROFIBUS、Modbus、FF等对应不同的网络及总线形式，但必须配用*用接口卡。
4 结束语
化纤后纺设备的变频技术应用应结合工艺本身的要求，选择具有共用直流母线方式的多电机传动控制结构能够很好地解决*道和二道的持续发电问题，同时采用同步控制来实现恒定的牵伸比。本方案已经在多*短纤维后纺设备的技术改造中得到成功应用。
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