變頻器在染整設備同步調速控制系統(tǒng)的應用

      印染工業(yè)生產設備包括坯布處理（練漂）、染色、印花和整理設備，這些設備大部分都是多單元聯(lián)合加工機械，每個單元由一臺電動機驅動，而各電電動必須同步運行，以保證生產正常運行。這稱為多單元同步拖動系統(tǒng)。加工過程中，工藝要求產品保持恒定的線速度和張力。否則不是斷布就是纏軸，而張力恒定則與加工質量有密切關系。它與印花、漂白、染色織物的均勻度、牢度、手感、縮水率有關。所以，先進、優(yōu)異的電氣傳動系統(tǒng)是滿足工藝生產的重要因素。

一． 國產74型及進口直流傳動染整設備同步調速系統(tǒng)的特點

這些印染機械采用的同步系統(tǒng)，基本上有以下兩種方式：

1.共電源方式。（SCR-D系統(tǒng)）

所有單元的電動機由一個公用可調的直流電源供電。整機運行速度隨著這個直流電源的變化而改變。各單元之間的恒張力同步協(xié)調（自調）是通過松緊架調節(jié)磁場來實現的。優(yōu)點是簡單經濟，缺點是①速應性差②低速同步協(xié)調能力差③電動機功率未充分利用。

2.分電源晶閘管直流拖動系統(tǒng)（S—SCR—D系統(tǒng)）

每個單元電動機都由一個單獨電源供電，而電動機的磁場恒定不變以保證電動機運行時能夠提供恒轉矩，各單元速差由松緊架檢測出、微調本單元電樞電壓、從而保證全機同步運行，其優(yōu)點是①單元機同步容易實現②調速精度和適應性無論在高速和低速都較好③調速范圍可以超過1:20（共電源方式，一般只有1:5），其缺點是每個單元備一套整流電源、設備投資費用較高、維修難度大。

進口染整設備除以上兩種方式外，具代表性的還有①“共—分”混合電源“調磁調壓松緊架”直流電動機同步拖動系統(tǒng)，如荷蘭斯托克（STORK）RD—Ⅳ型圓網印花機②數字調速直流電動機同步拖動系統(tǒng)，如西德門富士（Monforts）預縮機（FKSG—2）等。

不論是共電源方式，還是分電流方式，由于它們都是用直流電動機拖動，因而它們又都具有直流電動機固有的缺限，如因機械特性較軟必須組成轉速閉環(huán)，所以結構復雜，而且印染廠環(huán)境差、溫度大、腐蝕性液（氣）體多，使得電動機使用壽命短、故障率高、維護量大等。

我們企業(yè)現有的LMH201A—180型布鋏絲光機、意大利ARIOLI松式水洗機（分電源方式），日本東棉KYOTO平幅顯色皂洗機，日本山東鐵工所R—TYPE精煉機，因直流同步拖動系統(tǒng)上述缺限及工序能力問題均需進行改造。

二． 交流變頻同步調速模式的選擇及特點

全封閉型的異步電動機在印染廠溫度高，腐蝕性液（氣）體多的環(huán)境中最為適用。交流變頻調速技術的發(fā)展，也為異步電動機在多電動機同步傳動系統(tǒng)中的應用奠定了基礎。經比較選型，我們選用了SANKEN公司的SAMCO—I系列變頻器。解決了原來直流調速系統(tǒng)可靠性差、調速范圍小、同步性能弱、維修量大的問題。以SANKEN公司的SAMCO—ⅰ系列變頻器為例，在其主電路中采用了帶有驅動電路和過電流保護、高溫保護電路的智能化功率模塊，在其控制電路中采用了高速32位的精簡指令微處理器RISC作為CPU，并采用了超高密度的大規(guī)模集成電路。在控制模式方面則配備了高性能的“無速度傳感器控制模式”和良好的高性能v/f控制模式。使普通變頻器難以達到的低度速驅動，高起動轉矩等性能得以實現。采用這種控制模式，變頻器從1HZ開始，即能以100%以上的負載轉矩來驅動電機。其起動轉矩可達成150%，并使電機的轉速精度誤差小于±1%，且動態(tài)響應迅速。

直流電動機之所以動態(tài)性能好，是由于直流電動機的磁通Φ和電樞電流Ia可以獨立進行控制，是一種典型的解耦控制。而采用矢量控制方式，仿照直流電動機的控制方式，將異步電動機的定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來，分別加以控制，就能實現交流異步電動機的理想動態(tài)性能。

異步電動機的矢量控制建立在動態(tài)數學模型的基礎上，通過矢量變換求得等效直流電動機的控制量Φ和Ia，再經過反變換，求得所需控制的異步電動機三相電流Ia、Ib、Ic,即可以控制直流電動機的方式控制異步電動機了。

無速度傳感器控制模式，通過電機參數、電機電壓、電機電流完成電動機磁通，轉速的定時計算，來達到矢量控制。

三．交流變頻調速同步傳動原理

以我企業(yè)改造東棉（KYOTO）平幅顯色皂洗機為例。整機工藝流程為：平幅進布——臥式二輥軋車——還原蒸箱——四格不銹鋼水洗槽——透風——浸軋蒸洗箱——小軋車——浸軋蒸洗箱——小軋車——浸軋蒸洗箱——小軋車——普通平洗槽——中小輥軋車——三柱烘筒——平幅落布。

原整機有可控硅調壓裝置及十五臺直流電機構成的多單元同步拖動系統(tǒng)，直流電機之間同步控制由松緊架控制并保持恒張力，中間牽引輥（透風架、還原蒸箱等）采用交流力矩電機以減少整機各部分張力的差異.

改造后交流變頻調速同步傳遞系統(tǒng)全機以中小輥軋車為主令單元，布匹的張力可由松緊架的機械部分（已用汽缸代替重錘）調穩(wěn)。10號軋車速度與中小輥軋車速度由松緊架調節(jié)同步傳感器，并反饋到PID同步控制器，當10號軋車電機速度高于小輥軋車速度時，松緊架中間導輥向下移動，通過鏈條造帶動同步傳感器內角度傳感裝置，并輸出負的速差信號，反饋到PID同步控制器2#輸入端，在PID控制器內與主令信號迭加后，經2#輸出端子輸出電壓降低，從而控制變頻器輸出頻率降低，使10號小軋車線速度與主令軋車線速度一致。這樣便實現了從動單元與主動單元之間的同步，反之亦然。同樣其他單元如9#小軋車與10#小軋車之間，也通過松緊架PID同步控制器保持線速度一致。

四．本變頻同步拖動調速系統(tǒng)的特點

1. 精簡的結構

變頻調速同步系統(tǒng)與分電源直流調速系統(tǒng)很相似，但已省去了測速電機，從而減少了一個故障環(huán)節(jié)。因為變頻器具有矢量控制技術（第二節(jié)已述），調速精度同樣高。

2. 經濟實用

以改造平幅顯色皂洗機為例全機。全機十五個直流單元，從變頻器（三墾）到電機、減速器、PID同步控制器、電腦主令給定板、PLC、電樞等。電器部分共投入17萬元（其中齒輪減速器共5.5萬元）。

該系統(tǒng)選用了常州宏大的GV電腦給定板替代一般的由伺服電機與電位器組成的升降速給定裝置；用常州宏大的PID同步控制器做各個單元與主令單元之間的同步控制器；另外還使用了它的TVS交流力矩電機自動調壓調速器取代手動調節(jié)力矩電機的干式自藕調壓器。

實用證明：該系統(tǒng)運行時可靠性高、輸出線性度較好，在系統(tǒng)加減速時及恒速運行時，松緊架始終處于水平位置。保證了系統(tǒng)張力恒定及線速度同步的控制要求，最高車速可達100米/分

3. 快速的動態(tài)響應

由于采用無速度先感應矢量控制模式，同時變頻器加速時間為2s。減速時間改定為1s。新系統(tǒng)的快速響應性明顯增強。

4. 高穩(wěn)定性

變頻器傳遞函數為積分環(huán)節(jié)。因加速時間較小，可近似為比例環(huán)節(jié)。交流異步電動機近似為一階慣性環(huán)節(jié)，松緊架為一比例環(huán)節(jié)，擾動來自電源電壓及負載波動，因變頻器有穩(wěn)壓功能，且采用矢量控制。擾動量可忽略不計，這樣系統(tǒng)為典型的Ⅰ型系統(tǒng)穩(wěn)定性很高。

5. 理想的調速范圍

變頻器組成的調整同步系統(tǒng)本質上為分電源方式，與傳統(tǒng)印染機械（74型及部分進口設備）的共電源方式相比，調速范圍大大增加，變頻器在1HZ時可達100%的額定轉矩。因此理論上調速范圍可達到1：50。該機實際運行時，根據工藝要求，最低車速為5m/min，最高車速為100m/min，調速范圍為1：20。

五 . 結論

該變頻器調速同步傳動系統(tǒng)，我們已成功改造了意大利ARIOLI平幅洗水機、東棉KYOTO平幅顯色皂洗機。經過一年多的運行，證明其電氣傳動性能完全超過了原同步系統(tǒng)，故障率大大減少，生產效率提高了10%~20%，提高了工藝手段。最近我們正準備改造LMH201A-180型布鋏絲光機、日本山東鐵工所R-TYPE精練機、LMH641平幅顯色皂洗機?？梢灶A見，我們的這些改造必會取得成功，且大大提高企業(yè)市場競爭力。