變頻器在染整設(shè)備同步調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用

      印染工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備包括坯布處理（練漂）、染色、印花和整理設(shè)備，這些設(shè)備大部分都是多單元聯(lián)合加工機(jī)械，每個(gè)單元由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而各電電動(dòng)必須同步運(yùn)行，以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。這稱為多單元同步拖動(dòng)系統(tǒng)。加工過(guò)程中，工藝要求產(chǎn)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(zhì)量有密切關(guān)系。它與印花、漂白、染色織物的均勻度、牢度、手感、縮水率有關(guān)。所以，先進(jìn)、優(yōu)異的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是滿足工藝生產(chǎn)的重要因素。

一． 國(guó)產(chǎn)74型及進(jìn)口直流傳動(dòng)染整設(shè)備同步調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)

這些印染機(jī)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(dòng)機(jī)由一個(gè)公用可調(diào)的直流電源供電。整機(jī)運(yùn)行速度隨著這個(gè)直流電源的變化而改變。各單元之間的恒張力同步協(xié)調(diào)（自調(diào)）是通過(guò)松緊架調(diào)節(jié)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是①速應(yīng)性差②低速同步協(xié)調(diào)能力差③電動(dòng)機(jī)功率未充分利用。

2.分電源晶閘管直流拖動(dòng)系統(tǒng)（S—SCR—D系統(tǒng)）

每個(gè)單元電動(dòng)機(jī)都由一個(gè)單獨(dú)電源供電，而電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)恒定不變以保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)能夠提供恒轉(zhuǎn)矩，各單元速差由松緊架檢測(cè)出、微調(diào)本單元電樞電壓、從而保證全機(jī)同步運(yùn)行，其優(yōu)點(diǎn)是①單元機(jī)同步容易實(shí)現(xiàn)②調(diào)速精度和適應(yīng)性無(wú)論在高速和低速都較好③調(diào)速范圍可以超過(guò)1:20（共電源方式，一般只有1:5），其缺點(diǎn)是每個(gè)單元備一套整流電源、設(shè)備投資費(fèi)用較高、維修難度大。

進(jìn)口染整設(shè)備除以上兩種方式外，具代表性的還有①“共—分”混合電源“調(diào)磁調(diào)壓松緊架”直流電動(dòng)機(jī)同步拖動(dòng)系統(tǒng)，如荷蘭斯托克（STORK）RD—Ⅳ型圓網(wǎng)印花機(jī)②數(shù)字調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)同步拖動(dòng)系統(tǒng)，如西德門(mén)富士（Monforts）預(yù)縮機(jī)（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(dòng)機(jī)拖動(dòng)，因而它們又都具有直流電動(dòng)機(jī)固有的缺限，如因機(jī)械特性較軟必須組成轉(zhuǎn)速閉環(huán)，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且印染廠環(huán)境差、溫度大、腐蝕性液（氣）體多，使得電動(dòng)機(jī)使用壽命短、故障率高、維護(hù)量大等。

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

二． 交流變頻同步調(diào)速模式的選擇及特點(diǎn)

全封閉型的異步電動(dòng)機(jī)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(diào)速技術(shù)的發(fā)展，也為異步電動(dòng)機(jī)在多電動(dòng)機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)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(lái)直流調(diào)速系統(tǒng)可靠性差、調(diào)速范圍小、同步性能弱、維修量大的問(wèn)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(qū)動(dòng)電路和過(guò)電流保護(hù)、高溫保護(hù)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(jiǎn)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(wú)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(dá)到的低度速驅(qū)動(dòng)，高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等性能得以實(shí)現(xiàn)。采用這種控制模式，變頻器從1HZ開(kāi)始，即能以100%以上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)成150%，并使電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度誤差小于±1%，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速。

直流電動(dòng)機(jī)之所以動(dòng)態(tài)性能好，是由于直流電動(dòng)機(jī)的磁通Φ和電樞電流Ia可以獨(dú)立進(jìn)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(dòng)機(jī)的控制方式，將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開(kāi)來(lái)，分別加以控制，就能實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的理想動(dòng)態(tài)性能。

異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制建立在動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)矢量變換求得等效直流電動(dòng)機(jī)的控制量Φ和Ia，再經(jīng)過(guò)反變換，求得所需控制的異步電動(dòng)機(jī)三相電流Ia、Ib、Ic,即可以控制直流電動(dòng)機(jī)的方式控制異步電動(dòng)機(jī)了。

無(wú)速度傳感器控制模式，通過(guò)電機(jī)參數(shù)、電機(jī)電壓、電機(jī)電流完成電動(dòng)機(jī)磁通，轉(zhuǎn)速的定時(shí)計(jì)算，來(lái)達(dá)到矢量控制。

三．交流變頻調(diào)速同步傳動(dòng)原理

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

原整機(jī)有可控硅調(diào)壓裝置及十五臺(tái)直流電機(jī)構(gòu)成的多單元同步拖動(dòng)系統(tǒng)，直流電機(jī)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(fēng)架、還原蒸箱等）采用交流力矩電機(jī)以減少整機(jī)各部分張力的差異.

改造后交流變頻調(diào)速同步傳遞系統(tǒng)全機(jī)以中小輥軋車(chē)為主令單元，布匹的張力可由松緊架的機(jī)械部分（已用汽缸代替重錘）調(diào)穩(wěn)。10號(hào)軋車(chē)速度與中小輥軋車(chē)速度由松緊架調(diào)節(jié)同步傳感器，并反饋到PID同步控制器，當(dāng)10號(hào)軋車(chē)電機(jī)速度高于小輥軋車(chē)速度時(shí)，松緊架中間導(dǎo)輥向下移動(dòng)，通過(guò)鏈條造帶動(dòng)同步傳感器內(nèi)角度傳感裝置，并輸出負(fù)的速差信號(hào)，反饋到PID同步控制器2#輸入端，在PID控制器內(nèi)與主令信號(hào)迭加后，經(jīng)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(hào)小軋車(chē)線速度與主令軋車(chē)線速度一致。這樣便實(shí)現(xiàn)了從動(dòng)單元與主動(dòng)單元之間的同步，反之亦然。同樣其他單元如9#小軋車(chē)與10#小軋車(chē)之間，也通過(guò)松緊架PID同步控制器保持線速度一致。

四．本變頻同步拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)

1. 精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)

變頻調(diào)速同步系統(tǒng)與分電源直流調(diào)速系統(tǒng)很相似，但已省去了測(cè)速電機(jī)，從而減少了一個(gè)故障環(huán)節(jié)。因?yàn)樽冾l器具有矢量控制技術(shù)（第二節(jié)已述），調(diào)速精度同樣高。

2. 經(jīng)濟(jì)實(shí)用

以改造平幅顯色皂洗機(jī)為例全機(jī)。全機(jī)十五個(gè)直流單元，從變頻器（三墾）到電機(jī)、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(wàn)元（其中齒輪減速器共5.5萬(wàn)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(jī)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(gè)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(jī)自動(dòng)調(diào)壓調(diào)速器取代手動(dòng)調(diào)節(jié)力矩電機(jī)的干式自藕調(diào)壓器。

實(shí)用證明：該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可靠性高、輸出線性度較好，在系統(tǒng)加減速時(shí)及恒速運(yùn)行時(shí)，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(chē)速可達(dá)100米/分

3. 快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

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

4. 高穩(wěn)定性

變頻器傳遞函數(shù)為積分環(huán)節(jié)。因加速時(shí)間較小，可近似為比例環(huán)節(jié)。交流異步電動(dòng)機(jī)近似為一階慣性環(huán)節(jié)，松緊架為一比例環(huán)節(jié)，擾動(dòng)來(lái)自電源電壓及負(fù)載波動(dòng)，因變頻器有穩(wěn)壓功能，且采用矢量控制。擾動(dòng)量可忽略不計(jì)，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(diào)速范圍

變頻器組成的調(diào)整同步系統(tǒng)本質(zhì)上為分電源方式，與傳統(tǒng)印染機(jī)械（74型及部分進(jìn)口設(shè)備）的共電源方式相比，調(diào)速范圍大大增加，變頻器在1HZ時(shí)可達(dá)100%的額定轉(zhuǎn)矩。因此理論上調(diào)速范圍可達(dá)到1：50。該機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，根據(jù)工藝要求，最低車(chē)速為5m/min，最高車(chē)速為100m/min，調(diào)速范圍為1：20。

五 . 結(jié)論

該變頻器調(diào)速同步傳動(dòng)系統(tǒng)，我們已成功改造了意大利ARIOLI平幅洗水機(jī)、東棉KYOTO平幅顯色皂洗機(jī)。經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，證明其電氣傳動(dòng)性能完全超過(guò)了原同步系統(tǒng)，故障率大大減少，生產(chǎn)效率提高了10%~20%，提高了工藝手段。最近我們正準(zhǔn)備改造LMH201A-180型布鋏絲光機(jī)、日本山東鐵工所R-TYPE精練機(jī)、LMH641平幅顯色皂洗機(jī)。可以預(yù)見(jiàn)，我們的這些改造必會(huì)取得成功，且大大提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。