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生產(chǎn)雙雙超過40億美元。但是，受我國印染技術水平的制約，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)為不調速，需要調速的場合多數(shù)使用直流電機，如整經(jīng)機、漿紗機和眾多的印染設備。交流調速用的不多，主要有力矩電機交流調壓調速、滑差電機調速、晶閘管串級調速、晶閘管交-直-交變頻調速等。印染設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壓調速實現(xiàn)棉卷的自調勻整; 晶閘管控制的電磁調速電動機(又稱滑差電機和電磁轉差離合器)用于梳棉機調速;晶閘管串級調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)的應用概況
紡織工業(yè)是交流電機變頻調速技術較早推廣應用的一個領域。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，由于交流調速技術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速技術全面展開。這是因為紡織、印染、化纖設備多為單方向、不可逆運行的恒轉矩負載，單臺功率在幾十kW以下，特別適合當時技術水平下的通用型交流變頻調速裝置的推廣應用。我國的紡織工業(yè)裝備經(jīng)過十多年的引進技術、消化吸收、合資辦廠和自主開發(fā)，取得了長足進展，設備的機電一體化水平、自動化水平有了較大提高。不僅設備制造企業(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備上推廣應用變頻調速技術和PLC技術，九五期間推廣應用到整個紡織工業(yè)?，F(xiàn)在可以說變頻調速技術已經(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用了交流電機變頻調速技術，包括單機變頻調速系統(tǒng)和多單元機同步變頻調速系統(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有盡有。
(1) 通用V/F控制變頻器異步電機調速。90年代初開始在我國的印染工業(yè)推廣應用，典型的例子是印染前處理設備如退煮漂聯(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，用交流變頻技術實現(xiàn)多電機同步調速。其特點是使用大功率雙極性晶體管逆變技術、速度開環(huán)、控制簡單、可靠性高、使用簡便;靜態(tài)調速精度要求較低, 一般為2%～5%; 調速范圍不大, 一般為(10～20):1; 功率不高，在幾十kW以下; 啟動轉矩不大，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)中推廣應用，典型的應用例子是紡織廠的空調通風與印染廠的熱風機。其特點為價格低、節(jié)能顯著、調速范圍小。
(3) 無速度傳感器異步電機矢量控制變頻調速。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)中推廣應用。其特點是使用IGBT作為逆變主開關元件、控制簡單、可靠性高、使用較簡便;可達到的調速精度較高，靜態(tài)調速精度可達(0.5～1)%;調速范圍可達(20～50):1;動態(tài)性能較好，啟動轉矩較大;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速。其特點是控制電路較復雜、價格也較高，然而其調速性能好，主要特點有:可以從零轉速起進行速度控制, 調速范圍可達100:1以上;可對轉矩進行精確控制;動態(tài)響應速度快.主要用于對調速性能要求高的各種紡織機械，如POY和FDY直接紡絲設備，粘膠短纖紡絲生產(chǎn)設備以及高檔定型機、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)或者旋轉變壓器(Resolvor)，驅??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。
印染設備交流變頻多電機同步調速
在印染設備中, 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系。這就要求各單元電動機之間有一種調節(jié)機制，使得各單元之間速度發(fā)生不協(xié)調時, 能及時調節(jié)自身的速度，自動保持與相鄰單元一致，這種調速方式稱為多電機同步調速。印染設備采用多電機同步調速方式者非常之多。
印染設備多為恒轉矩負載，生產(chǎn)工藝要求調速，但對速度的精度要求不高。傳統(tǒng)的印染設備采用直流電機驅動，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變?yōu)檎{節(jié)用的電信號，借助電子裝置調節(jié)電機速度。圖1示出一個三單元(電機)同步調速簡圖，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速;一個輔助頻率給定用于調同步。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，印染設備交流變頻多電機同步調速技術有了長足進步，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、低速轉矩大，轉矩可以控制與觀測。從而有了兩種工作模式:速度工作模式和轉矩工作模式，速度模式的給定是速度，轉矩模式的給定是轉矩。在卷繞驅動中使用轉矩模式有很大的優(yōu)越性，只需修改轉矩給定，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。現(xiàn)場總線的使用使變頻器成了控制系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，這是變頻器信息化的基礎。
(4) 借助于矢量控制變頻器的速度工作模式與轉矩工作模式，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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