我國(guó)是世界上最大的紡織品服裝生產(chǎn)國(guó)。2000年我國(guó)的紡織纖維加工總量達(dá)到了1210萬噸，紡紗、織造和服裝的產(chǎn)量均位居世界第一位。2003年，紡織品服裝出口創(chuàng)匯超過800億美元，約占我國(guó)總出口創(chuàng)匯的20%。2003年我國(guó)的紡織機(jī)械進(jìn)口和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)雙雙超過40億美元。但是，受我國(guó)印染技術(shù)水平的制約，目前所生產(chǎn)的面料尚不能滿足出口服裝的要求，致使每年面料進(jìn)口都在50億美元左右。因此提高印染行業(yè)的技術(shù)水平，仍有巨大的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的紡織印染工業(yè)是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，裝備的自動(dòng)化程度不高。所用傳動(dòng)大多數(shù)為不調(diào)速，需要調(diào)速的場(chǎng)合多數(shù)使用直流電機(jī)，如整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)和眾多的印染設(shè)備。交流調(diào)速用的不多，主要有力矩電機(jī)交流調(diào)壓調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速、晶閘管串級(jí)調(diào)速、晶閘管交-直-交變頻調(diào)速等。印染設(shè)備借助力矩電機(jī)的軟機(jī)械特性，保證整個(gè)機(jī)臺(tái)線速度一致下有一個(gè)適中的布張力; 紡織廠的前紡則利用力矩電機(jī)調(diào)壓調(diào)速實(shí)現(xiàn)棉卷的自調(diào)勻整; 晶閘管控制的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)(又稱滑差電機(jī)和電磁轉(zhuǎn)差離合器)用于梳棉機(jī)調(diào)速;晶閘管串級(jí)調(diào)速主要用在紡織廠的通風(fēng)機(jī)上，達(dá)到節(jié)能的目的;晶閘管交-直-交變頻調(diào)速，用在化纖工業(yè)的長(zhǎng)絲紡絲機(jī)上。
變頻器在紡織工業(yè)的應(yīng)用概況
紡織工業(yè)是交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)較早推廣應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域。早在70年代化纖長(zhǎng)絲紡絲機(jī)已經(jīng)廣泛采用晶閘管靜止變頻裝置驅(qū)動(dòng)眾多的同步電機(jī)，以解決高速和多電機(jī)同步問題。進(jìn)入80年代以后，由于交流調(diào)速技術(shù)的成熟和新型高性能變頻器的問世，紡織工業(yè)采用交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)全面展開。這是因?yàn)榧徔棥⒂∪尽⒒w設(shè)備多為單方向、不可逆運(yùn)行的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，單臺(tái)功率在幾十kW以下，特別適合當(dāng)時(shí)技術(shù)水平下的通用型交流變頻調(diào)速裝置的推廣應(yīng)用。我國(guó)的紡織工業(yè)裝備經(jīng)過十多年的引進(jìn)技術(shù)、消化吸收、合資辦廠和自主開發(fā)，取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，設(shè)備的機(jī)電一體化水平、自動(dòng)化水平有了較大提高。不僅設(shè)備制造企業(yè)，而且更多的紡織企業(yè)認(rèn)識(shí)到機(jī)電一體化紡織機(jī)械的優(yōu)越性。八五期間主要在印染設(shè)備上推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)和PLC技術(shù)，九五期間推廣應(yīng)用到整個(gè)紡織工業(yè)。現(xiàn)在可以說變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)在紡織工業(yè)得到了普及。
各類紡織機(jī)械其主傳動(dòng)幾乎毫無例外的應(yīng)用了交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，包括單機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和多單元機(jī)同步變頻調(diào)速系統(tǒng)。從變頻器的種類講，包括從通用型變頻器到高性能交流伺服控制器等應(yīng)有盡有。
(1) 通用V/F控制變頻器異步電機(jī)調(diào)速。90年代初開始在我國(guó)的印染工業(yè)推廣應(yīng)用，典型的例子是印染前處理設(shè)備如退煮漂聯(lián)合機(jī)、布夾絲光機(jī)、直輥絲光機(jī)、皂洗機(jī)等;后整理設(shè)備如熱風(fēng)拉幅機(jī)、熱定型機(jī)等; 平網(wǎng)印花機(jī)的刮印單元等，由直流傳動(dòng)改造為交流傳動(dòng)，用交流變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步調(diào)速。其特點(diǎn)是使用大功率雙極性晶體管逆變技術(shù)、速度開環(huán)、控制簡(jiǎn)單、可靠性高、使用簡(jiǎn)便;靜態(tài)調(diào)速精度要求較低, 一般為2%～5%; 調(diào)速范圍不大, 一般為(10～20):1; 功率不高，在幾十kW以下; 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，取代直流電機(jī)時(shí)一般功率要放大一級(jí)。
(2) 風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器異步電機(jī)變頻調(diào)速。與通用V/F控制變頻器同步在我國(guó)的紡織工業(yè)中推廣應(yīng)用，典型的應(yīng)用例子是紡織廠的空調(diào)通風(fēng)與印染廠的熱風(fēng)機(jī)。其特點(diǎn)為價(jià)格低、節(jié)能顯著、調(diào)速范圍小。
(3) 無速度傳感器異步電機(jī)矢量控制變頻調(diào)速。90年代后期開始取代普通的V/F控制變頻器，成為變頻器的主流在紡織工業(yè)中推廣應(yīng)用。其特點(diǎn)是使用IGBT作為逆變主開關(guān)元件、控制簡(jiǎn)單、可靠性高、使用較簡(jiǎn)便;可達(dá)到的調(diào)速精度較高，靜態(tài)調(diào)速精度可達(dá)(0.5～1)%;調(diào)速范圍可達(dá)(20～50):1;動(dòng)態(tài)性能較好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大;如果使用變頻專用電機(jī)，取代直流電機(jī)時(shí)，功率不必放大一級(jí)。
(4) 帶速度反饋的異步電機(jī)矢量控制變頻調(diào)速。其特點(diǎn)是控制電路較復(fù)雜、價(jià)格也較高，然而其調(diào)速性能好，主要特點(diǎn)有:可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制, 調(diào)速范圍可達(dá)100:1以上;可對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制;動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快.主要用于對(duì)調(diào)速性能要求高的各種紡織機(jī)械，如POY和FDY直接紡絲設(shè)備，粘膠短纖紡絲生產(chǎn)設(shè)備以及高檔定型機(jī)、予縮機(jī)、磨毛機(jī)、圓網(wǎng)印花機(jī)、平網(wǎng)印花機(jī)、大卷裝卷軋染機(jī)等。
(5)交流伺服控制用變頻器。帶有光電編碼器(Encode)或者旋轉(zhuǎn)變壓器(Resolvor)，驅(qū)??度或者位置控制。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好，但價(jià)格高。借助交流伺服，在平網(wǎng)印花機(jī)和圓網(wǎng)印花機(jī)的傳動(dòng)中提高對(duì)花精度;在漿紗機(jī)的分部傳動(dòng)中提高張力的均勻性。
印染設(shè)備交流變頻多電機(jī)同步調(diào)速
在印染設(shè)備中, 為了對(duì)織物進(jìn)行連續(xù)加工, 通常把眾多的加工單元組合成聯(lián)合機(jī)，各加工單元分別由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。工藝要求加工中保持各單元之間張力恒定或者線速度成適當(dāng)關(guān)系。這就要求各單元電動(dòng)機(jī)之間有一種調(diào)節(jié)機(jī)制，使得各單元之間速度發(fā)生不協(xié)調(diào)時(shí), 能及時(shí)調(diào)節(jié)自身的速度，自動(dòng)保持與相鄰單元一致，這種調(diào)速方式稱為多電機(jī)同步調(diào)速。印染設(shè)備采用多電機(jī)同步調(diào)速方式者非常之多。
印染設(shè)備多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，生產(chǎn)工藝要求調(diào)速，但對(duì)速度的精度要求不高。傳統(tǒng)的印染設(shè)備采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單元之間采用擺式或者輥式松緊架檢測(cè)張力，通過差動(dòng)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、電位器或者可變電阻將松緊架的位置信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)用的電信號(hào)，借助電子裝置調(diào)節(jié)電機(jī)速度。圖1示出一個(gè)三單元(電機(jī))同步調(diào)速簡(jiǎn)圖，采用的是三輥式松緊架。
由于直流電機(jī)多故障、短壽命、價(jià)格高、低速同步性能差，從90年代初開始了用交流變頻傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)的技術(shù)改造。鑒于對(duì)動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)速度精度要求不高，使用通用V/F控制變頻器就能勝任，改造的技術(shù)難度不高。變頻器需要有兩個(gè)輸入端:一個(gè)主頻率給定用于調(diào)速;一個(gè)輔助頻率給定用于調(diào)同步。主頻率給定來自于系統(tǒng)速度給定;輔助頻率給定來自本單元松緊架信號(hào)(主令例外)，兩個(gè)頻率給定在變頻器內(nèi)部相加。早期的變頻器只有一個(gè)頻率給定，改造時(shí)需要制作一塊同步板，以完成同步必須的加法功能。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，印染設(shè)備交流變頻多電機(jī)同步調(diào)速技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，主要表現(xiàn)在:
(1) 最新的變頻器裝備有RS-485接口或者現(xiàn)場(chǎng)總線接口，因而主頻率給定可以通過串行通訊，用廣播的方式傳送到所有的變頻器，減少了現(xiàn)場(chǎng)的接線。另外數(shù)字頻率給定取代模擬量頻率給定, 避免了模擬量易受干擾的缺點(diǎn)。
(2) 無速度傳感器矢量控制變頻器成了通用變頻器的主流。其特點(diǎn)是:動(dòng)態(tài)性能好、低速轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩可以控制與觀測(cè)。從而有了兩種工作模式:速度工作模式和轉(zhuǎn)矩工作模式，速度模式的給定是速度，轉(zhuǎn)矩模式的給定是轉(zhuǎn)矩。在卷繞驅(qū)動(dòng)中使用轉(zhuǎn)矩模式有很大的優(yōu)越性，只需修改轉(zhuǎn)矩給定，可以不檢測(cè)半徑保持恒張力或者變張力卷繞。
(3) 現(xiàn)場(chǎng)總線的使用使得對(duì)變頻器的監(jiān)控變得更方便、更全面。通過現(xiàn)場(chǎng)總線可以把變頻器運(yùn)行的狀況，如電流、電壓、速度、轉(zhuǎn)矩、報(bào)警、故障等信息全面匯報(bào)給中央控制器(PLC/IPC)，并顯示在人機(jī)界面上。現(xiàn)場(chǎng)總線的使用使變頻器成了控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這是變頻器信息化的基礎(chǔ)。
(4) 借助于矢量控制變頻器的速度工作模式與轉(zhuǎn)矩工作模式，有可能不用松緊架、不用張力傳感器、也不用速度傳感器，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)異步電機(jī)的三無同步調(diào)速。在電機(jī)臺(tái)數(shù)比較多時(shí), 它的直接好處是減少系統(tǒng)的松緊架的數(shù)量。
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