我國是世界上最大的紡織品服裝生產(chǎn)國。2000年我國的紡織纖維加工總量達到了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，約占我國總出口創(chuàng)匯的20%。2003年我國的紡織機械進口和國內(nèi)生產(chǎn)雙雙超過40億美元。但是，受我國印染技術(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)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，裝備的自動化程度不高。所用傳動大多數(shù)為不調(diào)速，需要調(diào)速的場合多數(shù)使用直流電機，如整經(jīng)機、漿紗機和眾多的印染設(shè)備。交流調(diào)速用的不多，主要有力矩電機交流調(diào)壓調(diào)速、滑差電機調(diào)速、晶閘管串級調(diào)速、晶閘管交-直-交變頻調(diào)速等。印染設(shè)備借助力矩電機的軟機械特性，保證整個機臺線速度一致下有一個適中的布張力; 紡織廠的前紡則利用力矩電機調(diào)壓調(diào)速實現(xiàn)棉卷的自調(diào)勻整; 晶閘管控制的電磁調(diào)速電動機(又稱滑差電機和電磁轉(zhuǎn)差離合器)用于梳棉機調(diào)速;晶閘管串級調(diào)速主要用在紡織廠的通風機上，達到節(jié)能的目的;晶閘管交-直-交變頻調(diào)速，用在化纖工業(yè)的長絲紡絲機上。
變頻器在紡織工業(yè)的應(yīng)用概況
紡織工業(yè)是交流電機變頻調(diào)速技術(shù)較早推廣應(yīng)用的一個領(lǐng)域。早在70年代化纖長絲紡絲機已經(jīng)廣泛采用晶閘管靜止變頻裝置驅(qū)動眾多的同步電機，以解決高速和多電機同步問題。進入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)采用交流電機變頻調(diào)速技術(shù)全面展開。這是因為紡織、印染、化纖設(shè)備多為單方向、不可逆運行的恒轉(zhuǎn)矩負載，單臺功率在幾十kW以下，特別適合當時技術(shù)水平下的通用型交流變頻調(diào)速裝置的推廣應(yīng)用。我國的紡織工業(yè)裝備經(jīng)過十多年的引進技術(shù)、消化吸收、合資辦廠和自主開發(fā)，取得了長足進展，設(shè)備的機電一體化水平、自動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)認識到機電一體化紡織機械的優(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)用到整個紡織工業(yè)?，F(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。
各類紡織機械其主傳動幾乎毫無例外的應(yīng)用了交流電機變頻調(diào)速技術(shù)，包括單機變頻調(diào)速系統(tǒng)和多單元機同步變頻調(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調(diào)速。90年代初開始在我國的印染工業(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、布夾絲光機、直輥絲光機、皂洗機等;后整理設(shè)備如熱風拉幅機、熱定型機等; 平網(wǎng)印花機的刮印單元等，由直流傳動改造為交流傳動，用交流變頻技術(shù)實現(xiàn)多電機同步調(diào)速。其特點是使用大功率雙極性晶體管逆變技術(shù)、速度開環(huán)、控制簡單、可靠性高、使用簡便;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; 啟動轉(zhuǎn)矩不大，取代直流電機時一般功率要放大一級。
(2) 風機、泵類專用變頻器異步電機變頻調(diào)速。與通用V/F控制變頻器同步在我國的紡織工業(yè)中推廣應(yīng)用，典型的應(yīng)用例子是紡織廠的空調(diào)通風與印染廠的熱風機。其特點為價格低、節(jié)能顯著、調(diào)速范圍小。
(3) 無速度傳感器異步電機矢量控制變頻調(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。其特點是使用IGBT作為逆變主開關(guān)元件、控制簡單、可靠性高、使用較簡便;可達到的調(diào)速精度較高，靜態(tài)調(diào)速精度可達(0.5～1)%;調(diào)速范圍可達(20～50):1;動態(tài)性能較好，啟動轉(zhuǎn)矩較大;如果使用變頻專用電機，取代直流電機時，功率不必放大一級。
(4) 帶速度反饋的異步電機矢量控制變頻調(diào)速。其特點是控制電路較復(fù)雜、價格也較高，然而其調(diào)速性能好，主要特點有:可以從零轉(zhuǎn)速起進行速度控制, 調(diào)速范圍可達100:1以上;可對轉(zhuǎn)矩進行精確控制;動態(tài)響應(yīng)速度快.主要用于對調(diào)速性能要求高的各種紡織機械，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、予縮機、磨毛機、圓網(wǎng)印花機、平網(wǎng)印花機、大卷裝卷軋染機等。
(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。其特點是動態(tài)性能好，但價格高。借助交流伺服，在平網(wǎng)印花機和圓網(wǎng)印花機的傳動中提高對花精度;在漿紗機的分部傳動中提高張力的均勻性。
印染設(shè)備交流變頻多電機同步調(diào)速
在印染設(shè)備中, 為了對織物進行連續(xù)加工, 通常把眾多的加工單元組合成聯(lián)合機，各加工單元分別由一臺電動機驅(qū)動。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關(guān)系。這就要求各單元電動機之間有一種調(diào)節(jié)機制，使得各單元之間速度發(fā)生不協(xié)調(diào)時, 能及時調(diào)節(jié)自身的速度，自動保持與相鄰單元一致，這種調(diào)速方式稱為多電機同步調(diào)速。印染設(shè)備采用多電機同步調(diào)速方式者非常之多。
印染設(shè)備多為恒轉(zhuǎn)矩負載，生產(chǎn)工藝要求調(diào)速，但對速度的精度要求不高。傳統(tǒng)的印染設(shè)備采用直流電機驅(qū)動，單元之間采用擺式或者輥式松緊架檢測張力，通過差動變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機、電位器或者可變電阻將松緊架的位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)用的電信號，借助電子裝置調(diào)節(jié)電機速度。圖1示出一個三單元(電機)同步調(diào)速簡圖，采用的是三輥式松緊架。
由于直流電機多故障、短壽命、價格高、低速同步性能差，從90年代初開始了用交流變頻傳動取代直流傳動的技術(shù)改造。鑒于對動態(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。變頻器需要有兩個輸入端:一個主頻率給定用于調(diào)速;一個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(主令例外)，兩個頻率給定在變頻器內(nèi)部相加。早期的變頻器只有一個頻率給定，改造時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)備交流變頻多電機同步調(diào)速技術(shù)有了長足進步，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。
(2) 無速度傳感器矢量控制變頻器成了通用變頻器的主流。其特點是:動態(tài)性能好、低速轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩可以控制與觀測。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，可以不檢測半徑保持恒張力或者變張力卷繞。
(3) 現(xiàn)場總線的使用使得對變頻器的監(jiān)控變得更方便、更全面。通過現(xiàn)場總線可以把變頻器運行的狀況，如電流、電壓、速度、轉(zhuǎn)矩、報警、故障等信息全面匯報給中央控制器(PLC/IPC)，并顯示在人機界面上?，F(xiàn)場總線的使用使變頻器成了控制系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，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，實現(xiàn)兩臺異步電機的三無同步調(diào)速。在電機臺數(shù)比較多時, 它的直接好處是減少系統(tǒng)的松緊架的數(shù)量。
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