王藩　曹成輝

摘 要 針對新型紡織機電專業(yè)學生的就業(yè)領域及前景，本文通過對變頻器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及變頻器在紡織機械設備中的應用現(xiàn)狀及前景的詳細介紹，說明變頻器在現(xiàn)代紡織設備自動控制系統(tǒng)中的重要性，以及該專業(yè)開設變頻器課程的必要性。

關鍵詞 新型紡織機電技術 變頻器 紡織設備 必要性

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.02.022

1 新型紡織機電技術專業(yè)簡介

新型紡織機電技術專業(yè)是培養(yǎng)適應紡織工業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)紡織、機電復合型高級技術應用型專業(yè)技術人才。培養(yǎng)的學生應熟悉紡織原料、紡織設備工藝流程；會紡織生產(chǎn)基本操作、儀器設備維護保養(yǎng)；具有應用所學知識解決紡織機械電氣技術問題的能力。主要從事新型紡織機電設備的操作、維修、調(diào)試、保養(yǎng)、管理等工作?，F(xiàn)代紡織設備自動化程度和控制精度都越來越高，并且國家提出的節(jié)能理念，都使得變頻器在紡織設備上的應用越來越廣泛。因此，該專業(yè)學生應在學習相關的專業(yè)核心課程之后，掌握變頻器的原理及應用的相關知識。

2 變頻器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著全球能源危機，低碳經(jīng)濟已成為當今社會發(fā)展的一個永恒的話題。這場綠色革命的浪潮中，節(jié)能仍是綠色革命中最具推廣意義和邊際經(jīng)濟效益的領域。而變頻器在節(jié)能上具有獨一無二的特質(zhì)，因此，低碳時代又推動了變頻器市場的快速發(fā)展。根據(jù)清潔技術市場情報公司Pike Research發(fā)布的報告顯示，到2017年，全球再生能源用變頻器市場將超越190億美元。

變頻技術快速發(fā)展的主要動力來源于變頻調(diào)速的突出優(yōu)點及市場的廣泛需求，傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術雖然調(diào)速性能好，但因體積大故障率高而使應用受到限制。并且隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的快速發(fā)展，新的變頻技術層出不窮，使其得到了更廣泛的應用。

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器技術實用化，商品投入市場，得到了廣泛應用。并且在市場大量需求的推動下，以及大功率集成器件以及控制理論和微電子技術迅速發(fā)展的技術支持下，使得國外變頻器都已形成了較完整的變頻器技術產(chǎn)業(yè)體系，并且控制方式較多，控制精度高。完善的工藝水平和較高的技術水平使得國外的高端變頻器產(chǎn)品迅速搶占了大部分國際市場。例如，法國阿爾斯通和意大利ABB公司在大功率交-交變頻調(diào)速技術方面搶占大部分市場；德國西門子在中功率變頻調(diào)速技術方面具有不可替代的地位。日本富士在小功率交流變頻調(diào)速技術方面比較成熟。①

2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀90年代中國企業(yè)界才開始認識并嘗試使用變頻器，但國內(nèi)的變頻器整機技術落后，并沒有形成一定的技術和生產(chǎn)規(guī)模。差距主要體現(xiàn)在：變頻器技術開發(fā)難度大，變頻器的核心器件始終依賴進口，成為制約變頻器國產(chǎn)的瓶頸。性能不夠穩(wěn)定，以及產(chǎn)品性能指標較低，因此，國內(nèi)企業(yè)在變頻器發(fā)展初期所使用的變頻器大部分依靠進口，但由于其價格昂貴，沒有得到大面積推廣應用。

如今，中國正在堅定不移地推動低碳經(jīng)濟，而節(jié)能是實現(xiàn)低碳的主要策略。其中，電動機做為最重要的設備動力源，其耗電量占全國總發(fā)電量的60%以上，而且80%為異步電動機，大多數(shù)電動機長時間處于輕載運行狀態(tài)，特別是風機、泵類負載的電動機，電機能耗占比高，節(jié)能潛力大，通過使用變頻調(diào)速裝置，使用變頻器的電機系統(tǒng)節(jié)電率普遍20%～30%，最高甚至可超過50%。2014年11月，國家發(fā)改委、工信部印發(fā)《重大節(jié)能技術與裝備產(chǎn)業(yè)化工程實施方案》，明確在電機系統(tǒng)領域，將重點推廣高壓變頻器等。同年12月，全國電機能效提升工作會議指出：要將電機能效提升計劃作為未來三年工業(yè)節(jié)能減排領域的重要任務之一。②近年來，隨著電機變頻調(diào)速節(jié)能效果日趨顯著，變頻器產(chǎn)品技術日趨成熟，而且價格不斷下調(diào)的共同推動下，企業(yè)投資改造電機積極性越來越高，驅動了電機變頻調(diào)速行業(yè)快速發(fā)展。未來幾年，該業(yè)務有望保持30%～40%的高速增長。

目前，國產(chǎn)變頻器的功能不斷得到提升、產(chǎn)品越來越多樣化。其中，智能化、全數(shù)字化、網(wǎng)絡化的產(chǎn)品日趨成熟。另外，矩陣式變頻器、綠色變頻器等新型變頻器也開始進入市場。近年來，國內(nèi)變頻器企業(yè)通過自主創(chuàng)新來應對不同應用領域的挑戰(zhàn)，變頻器行業(yè)正在從以往單純提供產(chǎn)品，向用戶提供系統(tǒng)化解決方案轉變。多家變頻器企業(yè)在合同能源管理方面也取得不小成績，同時也將推動高壓變頻器實現(xiàn)外延式增長，發(fā)掘出新的市場增量需求。步入21世紀后，國產(chǎn)變頻器逐步崛起，它們已能挑戰(zhàn)國外的品牌，而且這支隊伍還在不斷擴大，現(xiàn)已逐漸搶占高端市場。例如：利德華福、英威騰、森蘭等眾多知名國內(nèi)企業(yè)提供量身定制的整體方案及全球聯(lián)保服務。成都佳靈成功改變了國產(chǎn)變頻器停留在V/F控制方式的這一現(xiàn)象，其推出的直接速度控制方式（DSC），則標志著中國在電機控制技術方面取得了質(zhì)的飛躍。

3 變頻器在紡織設備上的應用現(xiàn)狀

3.1 紡織設備采用變頻調(diào)速的必要性

隨著人們生活水平的不斷提高，消費者對紡織產(chǎn)品的質(zhì)量及舒適性的要求越來越高，而紡織工藝的水平取決于紡織機械，用自動化、微電子信息方面的新技術改造傳統(tǒng)紡織機械行業(yè)已經(jīng)非常迫切。③如今的國內(nèi)紡織設備生產(chǎn)廠商主要采用PLC及32位高速微處理器作為設備的控制中心，并且大多采用變頻調(diào)速實現(xiàn)控制要求。變頻技術的運用能有效的簡化設備結構，從而提高了電機驅動效率、方便工藝調(diào)節(jié)和降低維護量、縮短新機械設備的規(guī)劃開發(fā)周期。而且提高了紡織設備的可靠性、加工精度，擴大了品種的種類和適應性。

溫度和濕度是提高紡織品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要環(huán)境因素，而控制紡織車間溫度和濕度的常用機械設備是空調(diào)設備和水泵，而帶動風機和泵類負載的電動機，通常工作在輕載運行狀態(tài)，電機運行狀況較差。當使用變頻調(diào)速器控制后，其節(jié)能效果非常顯著，大大降低了功耗，節(jié)省了用電支出。④因此，大多數(shù)紡織加工企業(yè)都要求紡織設備采用變頻調(diào)速技術，以降低生產(chǎn)成本，節(jié)能減排。

早期的紡織設備其機械結構非常復雜，不僅耗電量大，而且控制精度差。采用變頻調(diào)速可大大簡化設備的傳動機構，并可提高設備的調(diào)速性能，進而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.2 變頻調(diào)速器在紡織中的應用現(xiàn)狀

交流變頻調(diào)速技術在紡織設備上的應用是必要的，對傳統(tǒng)的紡織設備推廣應用也是可行的。變頻器在紡織設備中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是對原有舊設備的升級改造，另一方面是研發(fā)采用變頻技術的新紡織機械設備。目前，粗紗機、細紗機、絡筒機及各種化纖機械都已經(jīng)使用了變頻技術，另外，對于織造機械中的漿紗機、整經(jīng)機以及針織機、無紡布、化纖機械、印染機械上也大量使用了交流變頻調(diào)速器。

為了滿足市場需求，擴大國產(chǎn)紡織機械在國內(nèi)市場的占有量，我國的紡織機械的機電一體化的水平應不斷提高。而不斷開發(fā)有我國自主知識產(chǎn)權的高質(zhì)量、高水平的變頻器以及交流伺服電機控制器，并更好地將其應用于紡織機械的控制之中， 是行之有效的方法之一。目前，變頻器在紡織設備中的應用越來越廣泛，下面以在粗紗機和漿紗機中的應用為例來分析一下其應用現(xiàn)狀。

3.2.1 粗紗機

筒管卷繞與前羅拉的轉速在開停時容易產(chǎn)生差異，造成粗紗張力的過大與過小，這樣就很容易形成粗紗的粗細節(jié)。傳統(tǒng)粗紗機的防細節(jié)裝置采用的是低壓電子器件與機構相配合的方式實現(xiàn)，這種防細節(jié)裝置在實際使用過程中存在嚴重缺陷，且在實際生產(chǎn)中能保持的很少，粗紗的防細節(jié)問題沒有得到很好的解決。⑤目前新型粗紗機及老機改造采用交流變頻技術，使這一工藝難題得以解決。

無錫宏源機電科技有限公司研制的FA415A、ASFA411A型粗紗機，是吸收國際先進技術研制的高速懸錠粗紗機，它的能效之高已被國內(nèi)外用戶所公認。最高錠速可達1300 rpm，其主電機采用變頻器調(diào)速裝置，實行柔性起動和調(diào)速，速度平穩(wěn)，無機械沖擊，紡大紗時PLC能自動控制扁平裝置多級降低主電機速度，減少大紗離心力對粗紗張力影響，使張力處于最佳狀態(tài)，以降低斷頭率，提高紡紗質(zhì)量。

3.2.2 針織大圓機

針織大圓機是將棉紗織成筒狀的棉布，設備經(jīng)常要求有急停，并要求有靈活的點動運行功能。工作過程要求電機平滑運行且啟動轉矩要求高。

高性能矢量變頻器很好地滿足了針織大圓機快速響應，平穩(wěn)運行，快速停機等要求。在速度控制上針織大圓機要求兩個速度，一是點動運行速度，二是正常運行速度，點動是6HZ左右，二是正常速度40HZ左右，并且要求能夠根據(jù)所織布情況隨時調(diào)整電機速度。這些要求只有采用變頻調(diào)速采用實現(xiàn)，因此，變頻器在針織大圓機的控制系統(tǒng)中幾乎成為標配件。并且變頻器的平滑軟啟功能減少設備對電網(wǎng)的沖擊，優(yōu)越的保護功能大大改善了設備的工藝，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 開設變頻器課程的必要性

通過前面對變頻器的紡織機械設備中的應用現(xiàn)狀的介紹，使我們深刻地意識到：要想提高國產(chǎn)紡織機械設備的機電一體化水平和產(chǎn)品質(zhì)量，縮小其與國際先進水平之間的差距，我們應把交流變頻技術更好地應用于紡織機械的控制之中。不僅可以大大簡化紡織設備的結構，提高紡織設備的控制精度，并順應了低碳節(jié)能的社會發(fā)展需要。新型紡織機電技術專業(yè)的原有培養(yǎng)計劃中并沒有變頻器原理及應用這門課程，隨著變頻器在紡織設備調(diào)速控制中重要性的不斷提高，對于畢業(yè)后將主要從事紡織電氣設備維修、調(diào)試、保養(yǎng)、管理等工作的學生來講，掌握變頻器技術的相關知識，已成為其必須掌握的技能之一，因此，開設變頻器原理及應用這門課程是非常必要的。

注釋

① 張祥星，杜慧慧等.變頻器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].裝備制造技術，2011（9）.

② 呂明磊.淺談變頻器應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機電信息，2012（3）.

③ 周建明，顧明等.變頻器在紡織行業(yè)應用調(diào)查：應用空間待突破 節(jié)能前景更廣泛[J].變頻器世界，2012（10）.

④ 青惠年.變頻器在紡織設備的應用淺析[J].輕紡工業(yè)與技術，2013（5）.

⑤ 劉榮清.變頻技術在紡織機械上的應用[J].紡織器材，2013（S1）.