變頻器在印染機械多電動機同步調速系統中的應用

屈文斌,趙 政

(1.陜西工業職業技術學院,陜西 咸陽 712000;2.中海興業（西安）有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

在印染機械運行過程中，各電動機拖動各加工單元的主動輥，為了在相同時間內達到工藝要求的轉速，提高系統的可靠性及產品的正常加工，即要求各單元進出物料的速度要一致及多單元電氣傳動系統能“同步”地協調的運行，因此如何控制系統中多臺電機的同步傳動已成為亟需解決的關鍵問題。

1 變頻調速在印染行業中應用特點

（1）運行環境差

印染設備長期運行在濕度大（相對濕度可達90%）、環境溫度高（有時變頻器周圍溫度可達到50℃以上）、“織塵”多的環境下，就要求變頻器的防護等級高，同時盡量使變頻器與相應的控制設備同印染機械隔離，并增加通風降溫設施。

（2）長時期連續工作制

印染機械要求“常年不停機”長期連續運行，每次停機除減少產品產量外，還會產生大量次品，因此對變頻器及相應的電控設備要求具有長期高可靠性運行。

（3）起動平穩且各電動機的起動時間應一致

印染機械通常是多電動機同步運行，但每個電動機的功率從幾百瓦到幾千瓦不等，所帶負載差別也較大，如要求各電動機同時起動并在相同時間內達到工藝要求的轉速，就需要根據電動機功率大小及所帶負載情況對各變頻器的加速時間、起動頻率、轉矩提升等進行合理設置。

（4）快速制動

因各電動機功率差別較大，所帶負載差別相應的也較大，如各電動機自由運行停車，會由于慣性不同使每個電動機的停車時間不一樣，造成布料堆積或撕裂，不僅會產生大量次品，還會引起機械故障及增加下次開車難度。因此除對變頻器的有關參數進行合理設置外，還要根據各變頻器的功率配備合理的制動電阻，以滿足各電動機快速停車[1]。

2 多電機同步系統的同步原理與方法

隨著變頻技術發展的逐步成熟和功能的逐漸完善，現在借助于變頻器技術，可以克服以前實現同步控制所采取方式的缺點，傳統設備使用直流電動機加變速箱傳動，這種設備笨重，各單元之間調節電機的轉速采用輥式或擺式松緊架， 自整角機、旋轉變壓器等同步裝置，盡管可以實現同步，但精度和可靠性較差。將變頻器引入同步控制系統，設備的動態品質和穩態控制精度都有很大提高。以下是目前常見的將變頻器應用于電動機的幾種設計方法和設計原理。

（1）變頻器永磁同步電機群調法

當多個單元的結構與功能相近，且每個單元要求驅動的功率大小相差較小，就可以選用一臺變頻器來控制每一個單元所用的每一個永磁同步電機，這樣能夠保證每個電動機的轉速相同，即一臺變頻器控制多臺電動機。

（2）變頻器電流負反饋軟機械特性法

當每個單元各對應每個異步電機且每個異步電機各自需要各自的變頻器驅動，而且要求有一定加工張力，就可以考慮引入矢量控制變頻器的電流輸出負反饋設計拖動系統的軟機械特性實現同步。例如一臺電動機轉速下降，則負載轉矩由后面與前面加工料的張力差減小而減小，而電磁轉矩卻增大, 轉速會隨著升高，這樣轉速有下降趨勢的電動機由于負載變輕導致轉速不會下降，同理，轉速存在上升趨勢的電機由于負載變重，結果轉速也不會上升，這樣各軋輥線速度都保持一致，各電動機之間保持了良好的同步。

（3）多電機同步系統的調速法

當需要兩臺功率大小不同的電機變頻調速去驅動一個單元，由于功率大的電機足以驅動該單元，本單元的速度大小由功率大的電機驅動，功率大的電機變頻器在速度模式工作，功率小的電機其變頻器在轉矩模式工作，能夠提供一定的輔助驅動轉矩，用來調節張力的大小[2、3]。

3 變頻調速的基本原理

由電動機學可知，異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為

式中n1——同步轉速（）

f ——定子頻率（即電源頻率HZ）

p——磁極對數

異步電動機的轉速為

從式（2）可知，要調節異步電動機的轉速應從s 、p 、f 三個分量入手，改變這三個量中的任何一個量，就可以改變異步電動機的轉速n ，但是s 和p在調速領域內的應用范圍較小，而通過改變f 的大小，來調節轉速n具有高效率、寬范圍、高精度的性能，可以認為，變頻調速是異步電動機的一種非常合理和理想的調速方法[4]。

4 印染機械的同步控制電路

由于布料在加工過程中，要進行蒸、煮、酸洗、堿洗、上漿、水洗、上色等多種工藝，且隨著布料品種的不同，加工工藝也不同，有些工藝要求伸長，有些工藝要求縮水，因此，印染機械的同步控制并不完全是要求各電動機線速度絕對一致，實際上要根據布的張力來調節各電動機的速度。由于反饋信號是不斷變化的，在穩定時除了UG1保持不變外，要使整個系統維持動態平衡，達到所謂的同步運行，其他各變頻器的頻率給定信號（UG2、UG3、UG4、UG5）是不斷變化的。現以簡單的LMH101烘干機為例，通過它的工作原理，揭示他的同步控制原理。圖1為布料烘干流程圖。

根據烘干流程，烘干機的整個過程為布料通過導布輥進入上漿槽，再由軋車電動機經張力架拖進1號烘干機，從1號烘干機出來后經張力架進入2號烘干機，從2號烘干機出來后經落布架進入落布車。

在烘干機中一般將軋車電動機設置為主令單元，其他電動機全部為從動單元，主令單元沒有張力架，是全機速度的基準，各從動單元由于各自有各自的張力架，因此相應的電動機變頻器的給定頻率要根據布張力的大小做出相應的調整，使之與主令電動機同步。張力架可以上下活動，布料松時張力減小，張力架向上移動，使張力架前面的電動機變慢或后面的電動機變快，布料太緊時，張力加大，張力架向下移動，使張力架前面的電動機變快或后面的電動機變慢。

從圖1的工作過程可以看出，張力架的位置能夠反映布料的張力，然后通過傳感器得出偏差信號UF，傳輸到控制中心，控制中心將傳輸過來的反饋信號UF與標準給定信號UG比較，根據比較結果給出各變頻器的頻率給定信號，控制各變頻器運行。同步控制示意圖如下圖2所示。

圖1 烘干機流程圖

反饋信號UF可以是電壓、電流或電阻信號，信號的大小和種類因傳感器品種而不同，同步控制中心的作用為根據反饋信號UF提供各變頻器的給定信號，對不同的反饋信號，控制中心對信號的處理方式不一樣，但最終都處理成變頻器能夠控制的直流電流信號或直流電壓信號[1]。

圖2 同步控制示意圖

5 結束語

將變頻調速技術大量應用到印染行業，適應該行業對各電動機“同步”性能的要求，提高了印染設備的調速精度、可靠性及設備運行的經濟效率，滿足了產品生產工藝要求，使產品的產量、質量都有了大幅提高。

[1]肖朋生，張文，王建輝.變頻器及其控制技術[M].北京：機械工業出版社，2008，146-149

[2]金學毅，李曉龍.計算機網絡技術在印染機械同步系統中的應用[J].天津紡織科技，192， 52

[3]潘湘高，李曉峰.計算機在新型多電機同步系統中的應用[J].微計算機信息，23（7）：129

[4]羅果，唐軍.變頻調速在中央空調系統節能中的應用[J].機械與電子，2010，7（1）：210