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變頻技術(shù)在紡織行業(yè)中的應(yīng)用
返回列表一、前言
近10 年來(lái)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，國(guó)內(nèi)外紡機(jī)廠(chǎng)商均在采用PLC、變頻調(diào)速、機(jī)電一體化等電技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而提高紡制質(zhì)量和自動(dòng)化程度。同時(shí)使紡機(jī)整機(jī)的可靠性提高，擴(kuò)大了品種的適應(yīng)性，操縱也更加簡(jiǎn)單方便。原來(lái)老的紡織廠(chǎng)家也紛紛投資改造老機(jī)設(shè)備，其中采用較多的技術(shù)就是交流變頻調(diào)速技術(shù)。
在紡織企業(yè)中，電費(fèi)和人員工資是企業(yè)變動(dòng)成本的主要部分，通過(guò)變頻技術(shù)的運(yùn)用可達(dá)到明顯提高生產(chǎn)工藝和節(jié)能的目的。在紡織行業(yè)中，幾乎所有生產(chǎn)工藝中利用電機(jī)傳動(dòng)的領(lǐng)域，均可用變頻調(diào)速器進(jìn)行改造。目前已大范圍運(yùn)用的領(lǐng)域主要有：絡(luò)筒機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、編織機(jī)、針織機(jī)、印染機(jī)械、繞線(xiàn)機(jī)、手套機(jī)等等。
二、交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
交流變頻調(diào)速技術(shù)近二十年來(lái)在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家得到迅速的普及推廣，并在電子拖動(dòng)中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，形成了電力電子學(xué)理論。電力電子學(xué)就是使用電子半導(dǎo)體元件進(jìn)行電力變頻和控制的技術(shù)。1973 年美國(guó)電氣學(xué)會(huì)在其主辦的電力電子學(xué)大會(huì)上，將電力電子學(xué)定義為：是研究電氣電子和控制的邊緣領(lǐng)域的技術(shù)學(xué)科。電力電子學(xué)使本來(lái)不適用于調(diào)速的交流異步電動(dòng)機(jī)，具有和直流電動(dòng)機(jī)一樣的調(diào)速性能。
交流變頻調(diào)速傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：
1、可以使普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
2、啟動(dòng)電流小，減少電源設(shè)備容量。
3、啟動(dòng)平滑,消除機(jī)械的沖擊力,保護(hù)機(jī)械設(shè)備。
4、對(duì)電機(jī)具有保護(hù)功能,降低電機(jī)的維修費(fèi)用。
5、具有顯著的節(jié)電效果。
由于交流變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)具有上述特點(diǎn)，逐步在取代直流調(diào)速裝置，成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。
三、部分紡織設(shè)備中的應(yīng)用說(shuō)明
1.在新型國(guó)產(chǎn)棉紡設(shè)備中的廣泛應(yīng)用
在2000 年第七屆中國(guó)國(guó)際紡織機(jī)械展中，F(xiàn)A201B 梳棉機(jī)、FA326 并條機(jī)、FA423 粗紗機(jī)、FA710 高速并條機(jī)、FA231 倍捻機(jī)均采用變頻調(diào)速。新型國(guó)產(chǎn)細(xì)紗機(jī)F1513 系列F0128系列采用PLC（可編程序控制）和變頻調(diào)速器，使紡紗全程可根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行調(diào)速紡紗。特別是EJM128JL 型細(xì)紗機(jī)1008 錠、錠速可按10 段變頻調(diào)速控制。FA716 并紗基礎(chǔ)集體變頻調(diào)速，還可使用后不同品種需要，實(shí)行單錠，分組或分段變頻調(diào)速，適應(yīng)棉毛等多品種并紗卷繞的要求。
2.在梳棉機(jī)上的應(yīng)用
梳棉機(jī)老機(jī)在設(shè)計(jì)方面由于受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件、設(shè)備制造成本、市場(chǎng)需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如梳棉機(jī)道傳動(dòng)系統(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經(jīng)常造成停臺(tái)，不時(shí)出火警，給生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量造成一定的損失，要保持與維護(hù)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(zhuǎn)快的過(guò)程中產(chǎn)生細(xì)條，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)破邊、棉網(wǎng)拉斷等，嚴(yán)重影響生條質(zhì)量。有的企業(yè)為避免這種現(xiàn)象，用其他的操作辦法來(lái)彌補(bǔ)以上設(shè)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(jī)為了使道夫達(dá)到升、降速平滑，在機(jī)械傳動(dòng)中設(shè)計(jì)雙速電機(jī)、慣性輪、電磁離合器，用電氣加機(jī)械的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。梳棉機(jī)設(shè)計(jì)中又增加了電動(dòng)機(jī)的星-三角轉(zhuǎn)換這一控制環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步改善了升、降速斜率。以上改造雖然提高了設(shè)備的控制性能，但仍然無(wú)法達(dá)到任意調(diào)節(jié)的要求，均存在的一些局限，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和現(xiàn)場(chǎng)改造量非常大，取得效果一般。實(shí)際中，對(duì)梳綿老機(jī)進(jìn)行交流變頻調(diào)速改造，不但提高設(shè)備性能，降低故障停臺(tái)，還能提高生產(chǎn)效率與生條質(zhì)量，為老機(jī)改造提供一個(gè)好的范例。在新機(jī)中梳棉機(jī)采用了交流變速調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了道夫升速斜率的任意調(diào)節(jié)，道夫工藝轉(zhuǎn)速的任意可變的功能，使用效果非常好。
3.在粗紗機(jī)上的應(yīng)用
變頻器在粗紗機(jī)上的應(yīng)用主要目的是為了取代防細(xì)節(jié)裝置。粗紗機(jī)的筒管卷繞與前羅拉的轉(zhuǎn)速在開(kāi)停時(shí)容易產(chǎn)生差異，造成粗紗張力的過(guò)大與過(guò)小，這樣就很容易形成粗紗的粗細(xì)節(jié)，為了減少粗細(xì)節(jié)的產(chǎn)生，在粗紗機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)有電抗器、時(shí)間繼電器加電磁離合器，統(tǒng)稱(chēng)為防細(xì)節(jié)裝置。電抗器的作用是在粗紗機(jī)啟動(dòng)時(shí)使主電機(jī)處于三相不平衡狀態(tài)，從而降低電機(jī)的啟動(dòng)力矩，達(dá)到軟啟動(dòng)的目的，時(shí)間繼電器與電磁離合器則是在粗紗機(jī)停車(chē)時(shí)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(kāi)車(chē)時(shí)產(chǎn)生過(guò)度張力。此種防細(xì)節(jié)裝置在實(shí)際使用過(guò)程中存在嚴(yán)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(lái)降低電機(jī)的啟動(dòng)力矩，當(dāng)粗紗機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后通過(guò)時(shí)間繼電器將電抗器短接，使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)三相平衡狀態(tài)，投入正常運(yùn)行。如果時(shí)間繼電器一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)使電機(jī)長(zhǎng)期處于三相不平衡運(yùn)行，造成電機(jī)過(guò)熱而燒壞。二是停車(chē)用的電磁離合器的離合時(shí)間是通過(guò)兩個(gè)時(shí)間繼電器配合調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)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(xì)節(jié)裝置，在實(shí)際生產(chǎn)中能保持的很少，粗紗的防細(xì)節(jié)問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決。目前新型粗紗機(jī)及老機(jī)改造采用交流變頻技術(shù)，使這一工藝難題得以解決。經(jīng)對(duì)FA413 型粗紗機(jī)改造前后成紗質(zhì)量測(cè)試，啟動(dòng)段粗紗條干CV%下降2-3%，粗紗粗細(xì)節(jié)下降90%以上。
4.在漿紗機(jī)上的應(yīng)用
變頻調(diào)速在漿紗機(jī)上的應(yīng)用主要是為了減少機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)。在G142 系列漿紗老機(jī)改造中采用交流變頻調(diào)速，減少原設(shè)計(jì)中的第一組機(jī)械無(wú)級(jí)變速器，同時(shí)省去了一個(gè)伺服電機(jī)和一個(gè)慢速電機(jī)。而在滿(mǎn)足上漿工藝上，車(chē)速由慢速、主機(jī)加升降速改造成了車(chē)速由啟動(dòng)道工藝車(chē)速的無(wú)間斷無(wú)級(jí)調(diào)速，為車(chē)速變化調(diào)整壓力實(shí)現(xiàn)漿紗上漿率均衡提供了條件。
5.在紡織空調(diào)中的應(yīng)用
在空調(diào)風(fēng)機(jī)控制中應(yīng)用，可根據(jù)車(chē)間環(huán)境條件對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，擴(kuò)大了調(diào)節(jié)范圍，因風(fēng)機(jī)大部分工作在50-80%的效率中，這樣就具有良好的節(jié)電效果最高時(shí)達(dá)到60%以上。在水泵控制應(yīng)用中，可根據(jù)水量調(diào)整供水水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了恒壓供水要求。
6.在卷染機(jī)上的運(yùn)用方案介紹
目前，在紡織品加工市場(chǎng)中，布匹染色是重要的一道工序。卷染機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)成品坯布進(jìn)行漂白、上色、整壓、磨面等相關(guān)紡織品加工工藝的完成。卷染機(jī)控制方面要求具備自動(dòng)計(jì)數(shù)（上布道數(shù)）、自動(dòng)掉頭（來(lái)回多次漂白或染色）、自動(dòng)停車(chē)（急停且穩(wěn)定，不能有布匹松弛或下垂）等功能。在整個(gè)加工工藝過(guò)程中，要求保持布匹的拉伸張力和線(xiàn)速度恒定，因此對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的自控控制水平要求較高。卷染機(jī)工作時(shí)，是一個(gè)中心軸卷曲控制系統(tǒng)。成品坯布首先通過(guò)上布電機(jī)勻速卷到其中的一個(gè)滾筒上，滾筒的傳動(dòng)軸上安裝有計(jì)數(shù)用的接近開(kāi)關(guān)（即滾筒每旋轉(zhuǎn)一卷，接近開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖），此時(shí)卷染機(jī)專(zhuān)用張力控制器計(jì)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(guò)染池、連動(dòng)軸，卷到另外一個(gè)滾筒上面并纏緊，開(kāi)動(dòng)卷染機(jī)，便可進(jìn)行坯布的染色。此時(shí)兩個(gè)滾筒朝著同一個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，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(jīng)過(guò)染液的時(shí)間一致，也就是線(xiàn)速度要保持恒定。這是一個(gè)沒(méi)有線(xiàn)速度反饋，同樣，也沒(méi)有張力反饋的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，因此，控制系統(tǒng)需要適當(dāng)調(diào)整放卷變頻器的輸出頻率來(lái)達(dá)到該種獨(dú)特的要求。
該卷染機(jī)以卷染機(jī)專(zhuān)用張力控制器作為主控制器，采用觸摸屏作為人機(jī)界面，它主要完成的是張力、線(xiàn)速度的設(shè)定、布道計(jì)數(shù)、相應(yīng)匹配頻率、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的給定、以及相關(guān)邏輯動(dòng)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(jiàn)：兩臺(tái)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(shí)刻，卷染機(jī)專(zhuān)用張力控制器記錄下卷在滾筒上面的總?cè)?shù)，然后由操作工測(cè)量該布卷的直徑，把這個(gè)值輸入到控制器，控制器將根據(jù)坯布的直徑和總?cè)?shù)，可以精確計(jì)算出來(lái)單層布的厚度。采用這種方法控制系統(tǒng)可以輕松獲得時(shí)實(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，且誤差較小?？刂破魍ㄟ^(guò)實(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，用戶(hù)設(shè)定的張力、線(xiàn)速度，準(zhǔn)確計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩（收卷電機(jī)）和匹配頻率（放卷電機(jī)），通過(guò)串行485通訊，傳輸給變頻器作為控制收、放卷電機(jī)的基本參數(shù)。恒張力的控制，則是利用矢量變頻器的轉(zhuǎn)矩控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由卷染機(jī)的工作原理可知，放卷側(cè)的電機(jī)始終處于發(fā)電狀態(tài)，通常的做法都是采用制動(dòng)單元加制動(dòng)電阻，將負(fù)載回饋給變頻器的電能以熱量的形式消耗掉。對(duì)于卷染機(jī)這樣長(zhǎng)期工作在發(fā)電狀態(tài)下的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這種方式對(duì)電能的浪費(fèi)是很大的，同時(shí)，也因?yàn)橐鋫浯蟮碾娮柘涠加秒姎饪刂乒竦目臻g。變頻器可以方便支持公用直流母線(xiàn)，將兩臺(tái)變頻器的直流母線(xiàn)直接并聯(lián)，這樣卷染機(jī)正常工作時(shí)，因?yàn)榉啪碇苿?dòng)所產(chǎn)生的電量通過(guò)并聯(lián)的母線(xiàn)又回饋到收卷的電機(jī)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(chē)的時(shí)候，兩臺(tái)電機(jī)都處于發(fā)電狀態(tài)，在其中的一臺(tái)變頻器上面仍舊并聯(lián)了一個(gè)制動(dòng)電阻，這個(gè)制動(dòng)電阻的工作是短時(shí)的，能耗很小，主要是防止在系統(tǒng)停車(chē)時(shí)造成的變頻器過(guò)壓故障。
四、結(jié)束語(yǔ)
交流變頻調(diào)速技術(shù)在棉紡織設(shè)備上的應(yīng)用是必要的，對(duì)傳統(tǒng)的棉紡織設(shè)備推廣應(yīng)用也是可行的?，F(xiàn)正在服役的棉紡織設(shè)備中交流變頻技術(shù)應(yīng)用較小。主要原因在于：一是目前運(yùn)行的設(shè)備大多是七八十年代出場(chǎng)的，當(dāng)時(shí)這一新技術(shù)還未得到應(yīng)用；二是近年來(lái)棉紡織行業(yè)效益不佳，沒(méi)有能力應(yīng)用這一新技術(shù)，在設(shè)備選型上，由于價(jià)差因素放棄了采用新技術(shù)的設(shè)備；三是管理水平與維修力量不佳，而不敢選用技術(shù)含量高的設(shè)備。隨著社會(huì)的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展和加入WTO，就必須提高我國(guó)現(xiàn)有棉紡織設(shè)備的裝備水平，增在技術(shù)含量，增加棉紗、布在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，交流變頻調(diào)速這一高新技術(shù)將在棉紡織設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。