在纤维和合成纤维的生产过程中，拖动系统大多已经采用了变频调速系统。本文以合成纤维中具有代表性的尼龙、聚酯的生产机械为例，对所用的变频调速系统进行介绍。并就发展方向略作探讨。
1 纤维机械概要
1.1 合成纤维的加工过程
合成纤维的加工过程大致如下:
(1) 纺纱 首先把作为原材料的固态高分子物质加热成液态，从具有许多小孔的喷嘴中定量地挤出，又把它拉成纤维，恢复成固体状态。纺纱产品的分子排列是不稳定的。稍微加一点力就很容易伸长，去掉外力后不能恢复原状，故并无实用价值。
(2) 延伸 延伸的主要目的是制作成分子排列稳定的纤维。
(3)捻纱或卷缩 对于长纤维，须进行假捻;对于短纤维，则进行卷缩，使纤维具有皱缩性，手感具有弹性。
生产过程的框图如图1所示。
1.2 纤维的生产过程概况
(1) 纺丝 一般情况下，纺丝机械的结构如图２所示。
将通过聚合生成的颗粒状原料投入挤出机，溶融后由齿轮泵连续定量地从喷嘴的小孔中挤出。再经一定温度的冷风吹凉后固化，并涂上油漆。此后，经导丝辊后卷绕在丝筒上。在此过程中，要求丝的粗细必须均匀，故对齿轮泵和绕丝筒的转速精度有很高的要求。
(2) 延伸
① 长纤维的延伸 经纺丝生产出来的未延伸丝或半延伸丝需经延伸机［也称为牵引捻丝器(DT)］延伸２～５倍后再卷绕到绕丝筒上。延伸机约有100余列，图3是其中的一列。其后，在假捻机上一边捻紧、一边加热，使之具有皱缩性、体积增大而成为产品。近年来，也使用一种延伸和假捻同时进行的延伸假捻机(DTY)。
(以长纤维为例)
② 短纤维的延伸 将数十根纺丝捆在一起进行水洗，在热辊上进行热延伸。然后，使之通过齿轮状的净化辊，进行卷缩以增大体积。最后通过切刀，按一定的长度切断，便成为丝棉状的产品。
2 采用变频调速的要点
2.1 对变频调速系统的要求
(1) 对指令有较高的分辨能力 纺丝用的齿轮泵、导丝辊等都采用由一台变频器带多台电动机的多电动机拖动方式，只能进行开环控制。同时，又要求电动机能得到较高的转速精度。因此，常常采用永磁式同步电动机。
在这种情况下，电动机的转速精度也就是变频器输出频率的精度。因此，在进行频率给定时，必须采用由高分辨率的数字量直接进行频率给定的方式。
在多电动机拖动中，应先使变频器在低频下运行，每次投入一台电动机，待全部投入，卦上丝后再加速到运行转速。
(2) 转差补偿功能 在挤出机拖动系统中，负荷是不断变化的，变化的幅度也较大。为了确保异步电动机的转速不因负载的变动而变动。应配置速度传感器(TG或PG)，根据实际转速和指令之间的差值对转差进行补偿，转速精度可达0.5～0.01%。
(3) 瞬时停电时的连续运行功能 纤维机械在运行过程中是连续作业、不允许停机的。一旦停机，整个系统将停止工作，必须将丝切断，重新开始，造成很大的浪费。故要求变频器在瞬时停电时也能继续工作，并且在复电后能自动加速至设定转速。
必须注意的是:复电时，电动机处于还在旋转的自由制动状态，其转速和变频器在停电前的工作频率是不相吻合的。结果是转差增大，容易因过流而跳闸。为了防止跳闸，可采取以下办法:
① 复电时，使变频器的工作频率跟踪电动机转速，直至两者相吻合时再加速。
② 在检测出瞬时停电的同时，使电动机降速，使它产生再生电能，补充给直流母线，使变频器不因欠压而跳闸，复电后再升速至设定转速。
图４是瞬时停电后继续运行的状况。此外，对于齿轮泵这样的GD2很小、瞬时停电时电动机转速急剧下降的情况，应在变频器的直流母线上并联电容器，使之在瞬时停电时补充能量。
2.2 各种纤维机械对拖动装置的要求和变频器的选用要点
如表１所示。
2.3 发展趋势
纤维机械的拖动方式，过去主要从经济方面考虑，采用由一台电动机带动多台机械的总线拖动方式，以及用多电动机拖动方式。
随着用户需求的多样化，在生产方面提出了多品种、少批量的要求，结合对价格等因素的考虑，要求拖动系统向高速化和高精度化发展。为此，有关机械正趋向于各单元独立地决定生产条件，拖动方式也相应地向分单元拖动方式转移。与多电动机拖动方式相比，分单元拖动方式具有容易处理再生能量的优点。
例如，在延伸工艺中，为了使各单元间丝的张力相等，低速侧的延伸辊，常常是在再生状态下运行的。要消耗再生电能，所需的制动电阻及其消耗的热能是很大的，从节能的观点看并不好。如采用分单元拖动方式，则各变频器的直流母线可以公用，再生状态的电动机和电动状态的电动机之间，可以实现能量的互补，是非常节电的。
3 纺丝机械的系统控制
3.1 概述
最近，纺丝机械的电气设备，已经不仅仅着眼于拖动装置了。而是由拖动装置的主体控制系统(系统控制器)、监控系统(用于监视和设定)、上位系统的联接装置等组成的系统控制工程。
在分单元拖动方式中，对系统控制的要求有:各拖动装置间的同步控制、比例控制等。由于机械设备的小批量化、高品质化以及节能和省力化。所以，对于电气装置的要求趋向于高级化、多样化以及在温度、压力、张力等过程控制方面，具有较高的精度和动态响应能力。今后的拖动装置，将把包括变频器在内的所有的控制装置都集中成一个组件。而对变频器的要求，也更加高级化和高性能化了，具体地说，有以下几个方面:
•具有传输功能，容易实现系统控制功能(有分单元拖动控制、落纱控制、程序控制等)。
•具有自诊断、跟踪等RAS功能。
•具有与高速化、高精度化相对应的功能。
•小形、轻量。
•按同一原则设计的机种完备，可实现系列化。
满足上述功能的系统控制的实例如图５所示。
3.2 纺丝机械对电气设备的要求和对策
表２是纺丝机械对电气产品的品质要求及其对策。
3.3 各种机械的系统控制要点
(1) 挤出机 挤出机的基本功能是把塑料原材料溶融成均匀的可塑状态后压出。为了确保产品质量，要求工作过程十分稳定。万一因瞬时停电而停止挤出，复电后应能很快地起动和加速。
对变频调速系统的具体要求有:
① 电动机的特性应和挤出机特性吻合;
② 电动机的起动转矩应为运行转矩的100～130%以上;
③ 在负荷脉动时，转速应十分稳定。
因此，应选择具有转差补偿功能、无反馈矢量控制功能和瞬时停电时能够连续运行的变频器。
对系统控制的具体要求有:
① 为了使混炼均匀，应结合温度及挤出压力(压力的过冲量和持续时间)等进行综合控制。
② 挤出机在开始工作时，进行转速控制，在达到所要求的压力时，应切换为压力控制。在切换过程中应无冲击。
③ 与上位系统及后续工艺系统之间的联接良好。
程序控制的实例如图6所示。
(2) 齿轮泵 齿轮泵是决定纤维丝质量的重要一环，基本功能是保证丝质均匀。对拖动及控制系统的具体要求如下:
① 必须在转速不变的情况下连续稳定运行。
② 瞬时停电时，应能防止转速下降。
③ 和前、后工艺之间的联接应保持良好。
通常采用永磁同步电动机的多电动机拖动方式，也可采用分单元拖动方式。
(3) 导丝辊 导丝辊的基本功能是保持各辊之间的牵引比一定。也采用永磁同步电动机的多电动机拖动方式。在高速机械中，还设置了辅助变频器，用于在切丝和起动时对各纺锤进行裁剪。在新型的高速纺丝系统中，各纺锤先在低速时进行卦丝。然后再按一定的牵引比加速至高速运行速度。
在加工过程中，由于使用了热辊，而有温度控制环节。温度控制必须和生产过程的控制汇总在一起，以便进行综合控制。
拖动系统要求能进行无漂移的高精度牵引，故选用具有高精度转差补偿功能的变频器。
图7所示是导丝辊控制的一个实例。
(4) 卷取机 卷取是纺丝工艺中的最后一道工序，将延伸了的丝绕到卷筒上。卷取完了的丝筒对产品质量有很大关系。因此，对卷取机的电气设备，有以下要求:
① 电动机能高速运行;
② 卷取控制方式符合卷取过程的特点;
③ 丝锭的运行应与产品相匹配。
卷取方式有两种:一种是利用被称为磨擦辊的外转子型永磁式同步电动机，间接地将产品卷绕在表面的拖动方式;另一种是由电动机直接卷取的中心拖动方式。本文以中心拖动方式为例，说明其要点。
① 横移电动机 随着设备的高速化，横移电动机的转速最高可达几万转。由于要求恒张力卷取，故电动机具有恒功率特性，其功率与电压特性如图8所示。
② 卷取的控制方式 中心拖动的卷取控制方式大体上有以下两种:
(ⅰ)张力控制 卷取时按设定的丝的张力进行控制，其转速指令根据卷筒的粗细算出。张力大小不受卷筒粗细的影响。
(ⅱ)线速度控制 以丝的线速度直接或间接地作为反馈量，卷筒的转速按恒线速度原则进行控制。
不论哪种方式，都必须连续地对快速行进的丝的张力和速度进行检测。丝的张力是以克为单位的，这促使了检测技术的进步。
针对这些要求，应选用高功能数字式变频器，注意其A/D变换及内部运算的分辨率和运算速度。
在生产管理方面，最近对于卷取速度、加减速时间等直接和生产有关的各项控制常数等全部由上位计算机进行总体监视，随着设定项目的增加，为了使拖动系统和变频器能灵敏地接收到这些情报，和上位计算机之间良好的联接是其必要条件。
③ 横移控制 丝的卷取方式是在主轴旋转的同时，还必须由横移装置使丝左右移动，才能卷取得均匀，如图9所示。
往复横移的动点与丝锭之间形成的角度称为斜角(绫角)，一般地说，斜角应尽量地大，斜角如为直角，则卷取的状态最好。为了保证在横移过程中，不发生丝的重迭，横移的速度应稍有变化，即在横移速度上加入一个摆频信号，如图10所示。
对横移电动机，选用V/F控制方式的变频器即可。