資訊詳情
一、前言
近10 年來在激烈的市場競爭中，國內外紡機廠商均在采用PLC、變頻調速、機電一體化等電技術來取代傳統(tǒng)的機械結構，從而提高紡制質量和自動化程度。同時使紡機整機的可靠性提高，擴大了品種的適應性，操縱也更加簡單方便。原來老的紡織廠家也紛紛投資改造老機設備，其中采用較多的技術就是交流變頻調速技術。
在紡織企業(yè)中，電費和人員工資是企業(yè)變動成本的主要部分，通過變頻技術的運用可達到明顯提高生產工藝和節(jié)能的目的。在紡織行業(yè)中，幾乎所有生產工藝中利用電機傳動的領域，均可用變頻調速器進行改造。目前已大范圍運用的領域主要有：絡筒機、粗紗機、細紗機、編織機、針織機、印染機械、繞線機、手套機等等。
二、交流變頻調速技術的優(yōu)點
交流變頻調速技術近二十年來在一些技術先進的國家得到迅速的普及推廣，并在電子拖動中逐步占據(jù)主導地位，形成了電力電子學理論。電力電子學就是使用電子半導體元件進行電力變頻和控制的技術。1973 年美國電氣學會在其主辦的電力電子學大會上，將電力電子學定義為：是研究電氣電子和控制的邊緣領域的技術學科。電力電子學使本來不適用于調速的交流異步電動機，具有和直流電動機一樣的調速性能。
交流變頻調速傳動具有以下特點：
1、可以使普通異步電動機實現(xiàn)無級調速。
2、啟動電流小，減少電源設備容量。
3、啟動平滑,消除機械的沖擊力,保護機械設備。
4、對電機具有保護功能,降低電機的維修費用。
5、具有顯著的節(jié)電效果。
由于交流變頻調速傳動技術具有上述特點，逐步在取代直流調速裝置，成為現(xiàn)代電氣傳動的發(fā)展方向。
三、部分紡織設備中的應用說明
1.在新型國產棉紡設備中的廣泛應用
在2000 年第七屆中國國際紡織機械展中，F(xiàn)A201B 梳棉機、FA326 并條機、FA423 粗紗機、FA710 高速并條機、FA231 倍捻機均采用變頻調速。新型國產細紗機F1513 系列F0128系列采用PLC(可編程序控制)和變頻調速器，使紡紗全程可根據(jù)設定程序進行調速紡紗。特別是EJM128JL 型細紗機1008 錠、錠速可按10 段變頻調速控制。FA716 并紗基礎集體變頻調速，還可使用后不同品種需要，實行單錠，分組或分段變頻調速，適應棉毛等多品種并紗卷繞的要求。
2.在梳棉機上的應用
梳棉機老機在設計方面由于受到當時的技術條件、設備制造成本、市場需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如梳棉機道傳動系統(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經常造成停臺，不時出火警，給生產效率與產品質量造成一定的損失，要保持與維護需投入大量的人力與物力。有些企業(yè)慣性輪電磁離合器被棄用，這樣在道夫慢轉快的過程中產生細條，嚴重時出現(xiàn)破邊、棉網拉斷等，嚴重影響生條質量。有的企業(yè)為避免這種現(xiàn)象，用其他的操作辦法來彌補以上設備缺陷，但不可避免的造成大量的廢條，同樣是不可取的。梳棉機為了使道夫達到升、降速平滑，在機械傳動中設計雙速電機、慣性輪、電磁離合器，用電氣加機械的手段來實現(xiàn)。梳棉機設計中又增加了電動機的星-三角轉換這一控制環(huán)節(jié)，從而進一步改善了升、降速斜率。以上改造雖然提高了設備的控制性能，但仍然無法達到任意調節(jié)的要求，均存在的一些局限，而且機械結構復雜，加工和現(xiàn)場改造量非常大，取得效果一般。實際中，對梳綿老機進行交流變頻調速改造，不但提高設備性能，降低故障停臺，還能提高生產效率與生條質量，為老機改造提供一個好的范例。在新機中梳棉機采用了交流變速調速，從而實現(xiàn)了道夫升速斜率的任意調節(jié)，道夫工藝轉速的任意可變的功能，使用效果非常好。
3.在粗紗機上的應用
變頻器在粗紗機上的應用主要目的是為了取代防細節(jié)裝置。粗紗機的筒管卷繞與前羅拉的轉速在開停時容易產生差異，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)，為了減少粗細節(jié)的產生，在粗紗機傳動設計有電抗器、時間繼電器加電磁離合器，統(tǒng)稱為防細節(jié)裝置。電抗器的作用是在粗紗機啟動時使主電機處于三相不平衡狀態(tài)，從而降低電機的啟動力矩，達到軟啟動的目的，時間繼電器與電磁離合器則是在粗紗機停車時鐵炮與筒管卷繞相脫離，筒管停止卷繞，而前羅拉則仍以慣性繼續(xù)輸出粗紗，使羅拉與錠翼之間的粗紗又一定的松弛程度，防止粗紗再次開車時產生過度張力。此種防細節(jié)裝置在實際使用過程中存在嚴重的缺陷。一是電抗器串在三相回路中的一相，利用三相不平衡原理來降低電機的啟動力矩，當粗紗機啟動結束后通過時間繼電器將電抗器短接，使電動機恢復三相平衡狀態(tài)，投入正常運行。如果時間繼電器一旦出現(xiàn)問題，就會使電機長期處于三相不平衡運行，造成電機過熱而燒壞。二是停車用的電磁離合器的離合時間是通過兩個時間繼電器配合調節(jié)來實現(xiàn)的，使粗紗的松弛程度掌握難度較大，再者電磁離合器的故障也較高。因此這種防細節(jié)裝置，在實際生產中能保持的很少，粗紗的防細節(jié)問題一直沒有得到很好的解決。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。經對FA413 型粗紗機改造前后成紗質量測試，啟動段粗紗條干CV%下降2-3%，粗紗粗細節(jié)下降90%以上。
4.在漿紗機上的應用
變頻調速在漿紗機上的應用主要是為了減少機械結構和電機。在G142 系列漿紗老機改造中采用交流變頻調速，減少原設計中的第一組機械無級變速器，同時省去了一個伺服電機和一個慢速電機。而在滿足上漿工藝上，車速由慢速、主機加升降速改造成了車速由啟動道工藝車速的無間斷無級調速，為車速變化調整壓力實現(xiàn)漿紗上漿率均衡提供了條件。
5.在紡織空調中的應用
在空調風機控制中應用，可根據(jù)車間環(huán)境條件對風機進行無級調速，擴大了調節(jié)范圍，因風機大部分工作在50-80%的效率中，這樣就具有良好的節(jié)電效果達到60%以上。在水泵控制應用中，可根據(jù)水量調整供水水泵轉速，實現(xiàn)節(jié)能同時也實現(xiàn)了恒壓供水要求。
6.在卷染機上的運用方案介紹
目前，在紡織品加工市場中，布匹染色是重要的一道工序。卷染機主要實現(xiàn)對成品坯布進行漂白、上色、整壓、磨面等相關紡織品加工工藝的完成。卷染機控制方面要求具備自動計數(shù)(上布道數(shù))、自動掉頭(來回多次漂白或染色)、自動停車(急停且穩(wěn)定，不能有布匹松弛或下垂)等功能。在整個加工工藝過程中，要求保持布匹的拉伸張力和線速度恒定，因此對整個機械傳動系統(tǒng)的自控控制水平要求較高。卷染機工作時，是一個中心軸卷曲控制系統(tǒng)。成品坯布首先通過上布電機勻速卷到其中的一個滾筒上，滾筒的傳動軸上安裝有計數(shù)用的接近開關(即滾筒每旋轉一卷，接近開關產生一個脈沖)，此時卷染機專用張力控制器計下一整匹坯布的道數(shù)。上卷完畢后，采用人工的方式把布匹的一頭，穿過染池、連動軸，卷到另外一個滾筒上面并纏緊，開動卷染機，便可進行坯布的染色。此時兩個滾筒朝著同一個方向運轉，控制的要求是始終要保持坯布上的拉伸張力恒定，并且坯布經過染液的時間一致，也就是線速度要保持恒定。這是一個沒有線速度反饋，同樣，也沒有張力反饋的驅動控制系統(tǒng)，因此，控制系統(tǒng)需要適當調整放卷變頻器的輸出頻率來達到該種獨特的要求。
該卷染機以卷染機專用張力控制器作為主控制器，采用觸摸屏作為人機界面，它主要完成的是張力、線速度的設定、布道計數(shù)、相應匹配頻率、電機輸出轉矩的給定、以及相關邏輯動作的控制。變頻器和控制器之間采用485 通訊(Modbus 協(xié)議)。由控制示意圖可見：兩臺完全一樣的變頻器，它們均工作于有PG 矢量控制模式下。上布時刻，卷染機專用張力控制器記錄下卷在滾筒上面的總圈數(shù)，然后由操作工測量該布卷的直徑，把這個值輸入到控制器，控制器將根據(jù)坯布的直徑和總圈數(shù)，可以精確計算出來單層布的厚度。采用這種方法控制系統(tǒng)可以輕松獲得時實轉動半徑，且誤差較小?？刂破魍ㄟ^實轉動半徑，用戶設定的張力、線速度，準確計算出相應的轉矩(收卷電機)和匹配頻率(放卷電機)，通過串行485通訊，傳輸給變頻器作為控制收、放卷電機的基本參數(shù)。恒張力的控制，則是利用矢量變頻器的轉矩控制功能來實現(xiàn)的。由卷染機的工作原理可知，放卷側的電機始終處于發(fā)電狀態(tài)，通常的做法都是采用制動單元加制動電阻，將負載回饋給變頻器的電能以熱量的形式消耗掉。對于卷染機這樣長期工作在發(fā)電狀態(tài)下的設備來說，這種方式對電能的浪費是很大的，同時，也因為要配備大的電阻箱而占用電氣控制柜的空間。變頻器可以方便支持公用直流母線，將兩臺變頻器的直流母線直接并聯(lián)，這樣卷染機正常工作時，因為放卷制動所產生的電量通過并聯(lián)的母線又回饋到收卷的電機上，從而使電能得到充分利用，極大地提高了電能的使用效率。但是在快速停車的時候，兩臺電機都處于發(fā)電狀態(tài)，在其中的一臺變頻器上面仍舊并聯(lián)了一個制動電阻，這個制動電阻的工作是短時的，能耗很小，主要是防止在系統(tǒng)停車時造成的變頻器過壓故障。
四、結束語
交流變頻調速技術在棉紡織設備上的應用是必要的，對傳統(tǒng)的棉紡織設備推廣應用也是可行的。現(xiàn)正在服役的棉紡織設備中交流變頻技術應用較小。主要原因在于：一是目前運行的設備大多是七八十年代出場的，當時這一新技術還未得到應用;二是近年來棉紡織行業(yè)效益不佳，沒有能力應用這一新技術，在設備選型上，由于價差因素放棄了采用新技術的設備;三是管理水平與維修力量不佳，而不敢選用技術含量高的設備。隨著社會的進步，技術的發(fā)展和加入WTO，就必須提高我國現(xiàn)有棉紡織設備的裝備水平，增在技術含量，增加棉紗、布在國際市場上的競爭力。因此，交流變頻調速這一高新技術將在棉紡織設備中得到廣泛的應用。