近年來隨著紡織機(jī)械、機(jī)電一體化技術(shù)水平的不斷提高和紡織行業(yè)的特點(diǎn)，對紡織品的要求不斷更新，基于諸多的原因，對紡織設(shè)備提出了較高的要求。近10年來在激烈的市場競爭中，國內(nèi)外紡機(jī)廠商采用PLC控制，變頻調(diào)速，機(jī)電一體化等以電子技術(shù)更多的取代傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高紡機(jī)整機(jī)的可靠性、紡制質(zhì)量和自動化程度，擴(kuò)大品種的適應(yīng)性，使用操縱簡便。各紡織廠家也投資改造老設(shè)備。交流變頻調(diào)速技術(shù)就是被采用較多的技術(shù)，在大多數(shù)新開發(fā)的紡織機(jī)械產(chǎn)品中幾乎無一例外地應(yīng)用了變頻器。
一、交流變頻調(diào)速的特點(diǎn)
1、減少功耗，降低成本
紡織廠離不開空調(diào)設(shè)備,當(dāng)空調(diào)電機(jī)使用變頻調(diào)速器控制后，可根據(jù)車間環(huán)境條件對風(fēng)機(jī)進(jìn)行無級調(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，高達(dá)60%左右；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)能同時也實(shí)現(xiàn)了接近恒壓供水。以上兩個主要耗能設(shè)備應(yīng)用變頻調(diào)速降低了功耗，大大節(jié)省了用電支出。普傳科技公司對其中一個客戶使用情況進(jìn)行了測試，全年12臺空調(diào)機(jī)可節(jié)電24余萬元，空調(diào)用電單耗平均下降了6、7個百分點(diǎn)。
2、簡化了機(jī)構(gòu)、提高了性能
通過PLC可編程序控制器或工控機(jī)的控制，再經(jīng)變頻器實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)生產(chǎn)工藝曲線控制各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，進(jìn)而簡化了機(jī)構(gòu)。比如粗紗機(jī)利用變頻調(diào)速，去掉了錐輪變速機(jī)構(gòu)，從而克服了錐輪變速皮帶打滑變速不準(zhǔn)的問題。
而對于細(xì)紗機(jī)來說，由于利用變頻器去掉了成形機(jī)構(gòu)中的成形凸輪，進(jìn)而克服了由于成形凸輪所造成的桃底有停頓、桃頂有沖擊的現(xiàn)象。使得細(xì)紗卷形狀良好。以便于下一道工序的高速退繞。同時利用變頻器控制三十九主電機(jī)的變速來控制錠子的轉(zhuǎn)數(shù)，使得細(xì)紗在大中小紗時轉(zhuǎn)速在變化，減少紗的斷頭率。
交流變頻調(diào)速技術(shù)在新型國產(chǎn)棉紡織設(shè)備中已比較廣泛。目前服役的棉紡織設(shè)備中推廣應(yīng)用的極少 ?，F(xiàn)棉紡織企業(yè)所使用的設(shè)備大都是七、八十年代生產(chǎn)的設(shè)備，這些設(shè)備從機(jī)械狀態(tài)來講仍可使用相當(dāng)一段時間，近期全部更新是不可能的，但對其進(jìn)行部分電氣傳動改造是完全可行的。
以梳棉、粗紗兩個工序的設(shè)備實(shí)施變頻技術(shù)改造為例。一個5萬錠生產(chǎn)規(guī)模的棉紡企業(yè)，梳棉工序配置80臺左右設(shè)備，粗紗工序配置20臺左右設(shè)備。若梳棉機(jī)為186D或A186F型，其改造費(fèi)A用約為28萬元左右，但在變頻技術(shù)改造過程中取消了電磁離合器、2個接觸器，還有中間繼電器和整流器等。這些電氣材料節(jié)約近1000元，它有效保護(hù)道夫電機(jī)，道夫傳動輪系，降低故障率，減少維修費(fèi)用，這樣每單臺可節(jié)約材料費(fèi)用1200元，80臺就可節(jié)約9.6萬元。通過簡單測算，投資回收期為4.35年，總投資收益率為22.97%。
二、交流變頻技術(shù)的應(yīng)用
變頻器控制的紡織機(jī)械涉及的交流電機(jī)主要分為兩類：一類就是常用的Y系列的交流異步電機(jī)，這種電機(jī)主要應(yīng)用于調(diào)速精度要求不高、調(diào)速范圍不大的紡機(jī)上；而另一類為交流變頻調(diào)速專用異步電機(jī)；主要用于調(diào)速精度要求高、調(diào)速范圍大的機(jī)器上。
下面介紹一下應(yīng)用于紡織機(jī)械的普傳科技不同系列的變頻器。
1、PI168系列變頻器：用變頻器開環(huán)控制異步電機(jī)調(diào)速稱為V/F形式。這種方式電路簡單、可靠。但調(diào)速范圍在10：1范圍以內(nèi)，調(diào)速精度較低2%~5%，并且低速性能不理想。因此多用于針織機(jī)或要求不高的紡織機(jī)械上。
2、PI7000系列高性能變頻器：采用無速度傳感器矢量控制變頻器。其有優(yōu)良的低速特性。電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。同時還具有較好的加減特性、轉(zhuǎn)矩特性以及電流限制特性等。調(diào)速精度可達(dá)0.5%~1.0%。調(diào)速范圍在20：1范圍以內(nèi)。適合印染機(jī)械的調(diào)速等。
3、PI7000S變頻器采用帶速度反饋的矢量變頻控制異步電機(jī)，閉環(huán)變頻調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)100：1?？蓪?shí)現(xiàn)高頻響應(yīng)、高精度、智能化。適用于調(diào)速要求較高且恒張力、恒線速的分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、熱定型機(jī)以及化纖長絲紡紗設(shè)備等。
三、變頻調(diào)速器在紡織機(jī)械中的應(yīng)用實(shí)例
變頻器應(yīng)用于紡紗機(jī)械中，可以說幾乎各個工序的機(jī)械上都應(yīng)用了。包括開清棉機(jī)、梳棉機(jī)、條卷機(jī)、精梳機(jī)、并條機(jī)以及粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)和洛簡機(jī)等。對于織造機(jī)械則有漿紗機(jī)、整經(jīng)機(jī)等。另外針織機(jī)、無紡布、化纖機(jī)械、印染機(jī)械上也大量適用了變頻器。
1、粗紗機(jī)
粗紗機(jī)的筒管卷繞與前羅拉的轉(zhuǎn)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(xì)節(jié)，為了減少粗細(xì)節(jié)的產(chǎn)生，在粗紗機(jī)傳動設(shè)計(jì)有電抗器，時間繼電器加電磁離合器，統(tǒng)稱為防細(xì)節(jié)裝置。電抗器的作用是在粗紗機(jī)啟動時使主電 機(jī)處于三相不平衡狀態(tài)，從而降低電機(jī)的啟動力矩，達(dá)到軟啟動的目的，時間繼電器與電磁離合器則是在粗紗機(jī)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，使用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(chǎn)生過度張力。
此種防細(xì)節(jié)裝置在實(shí)際使用過程中存在嚴(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降低電機(jī)的啟動力矩，當(dāng)粗紗機(jī)啟動結(jié)束后通過時間繼電器將電抗器短接，使電動機(jī)恢復(fù)三相平衡狀態(tài)，投入正常運(yùn)行。如果時間繼電器一旦出現(xiàn)問題，就會使電機(jī)長期處于三相不平衡運(yùn)行，造成電機(jī)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(diào)節(jié)來實(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)問題一直沒有得到很好的解決。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FA491型粗紗機(jī)改造前后成紗質(zhì)量測試，啟動段粗紗條干CV%下降2-3%，粗紗粗細(xì)節(jié)下降90%以上。
FA491高速懸粗紗機(jī)為我國近年來開發(fā)出的新型粗紗機(jī)。采用工控機(jī)、PLC及變頻器控制4臺電機(jī)，分別轉(zhuǎn)動錠翼、羅拉、簡管及龍筋升降，去掉了錐輪變速裝置、成型裝置等，簡化了機(jī)構(gòu)。效率高、可靠性高，低噪音，便于操作及維護(hù)保養(yǎng)。工藝適應(yīng)性好，減少斷頭。最高速可達(dá)標(biāo)1500rpm，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話、停車與自動定位等新技術(shù)。是一種高水平的粗紗機(jī)。
2、漿紗機(jī)
變頻調(diào)速在漿紗機(jī)上的應(yīng)用，減少了機(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)械無級變速器，同時省去了一個伺服電機(jī)和一個慢速電機(jī)。而在滿足上漿工藝上，車速由慢速、主機(jī)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(diào)速，為車速變化調(diào)整壓力，實(shí)現(xiàn)漿紗上漿率均衡提供了條件。
GA308型漿紗機(jī)為交流分布傳動。其中上漿槽、下漿槽及烘筒為交流變頻電機(jī)傳動，而織軸及拖引輥為交流伺服變頻電機(jī)單獨(dú)傳動。共適用了5臺變頻器、2臺伺服控制器以及壓力、溫度、回潮率等傳感器。由工控機(jī)和可編程序控制器PLC控制。構(gòu)成了一分布控制系統(tǒng)。其中PLC用來整機(jī)的動作以及回潮率、烘房及漿槽的溫度及壓漿輥壓力等參數(shù)控制。整機(jī)受工控機(jī)的控制。此機(jī)控制精度高，性能穩(wěn)定，故障率低，是一種高質(zhì)量、高水平的設(shè)備。
3、棉紡織設(shè)備中應(yīng)用
紡紗工藝流程中要求加工設(shè)備的電氣傳動穩(wěn)定，點(diǎn)動、啟動及升降速都應(yīng)平滑實(shí)現(xiàn)，這樣才能使纖維的牽伸均勻，降低重量不勻和條干CV值。在棉紡設(shè)備的傳動系統(tǒng)中，都是由皮帶與齒輪來承擔(dān)，由于電動機(jī)啟動硬度的原因，在點(diǎn)動與啟動過程中，不可避免地會出現(xiàn)皮帶打滑，齒輪沖擊等現(xiàn)象。在機(jī)械傳動輪系中，齒輪越多，造成齒輪損傷的機(jī)率就越大，應(yīng)用交流變頻技術(shù)就能夠很好的解決平滑啟動，消除機(jī)械啟動時的沖擊力，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，滿足生產(chǎn)工藝要求，提高成紗質(zhì)量。應(yīng)用此技術(shù)在紗支品種變化的 情況時，不需改變牙齒或皮帶輪，設(shè)備工藝轉(zhuǎn)速的改變只需通過變頻設(shè)定就可完成。
梳棉機(jī)老機(jī)在設(shè)計(jì)方面由于受到當(dāng)時的技術(shù)條件、設(shè)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A186D型梳棉機(jī)道傳動系統(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經(jīng)常造成停臺，不時出火警，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)快的過程中產(chǎn)生細(xì)條，嚴(yán)重時出現(xiàn)破邊，棉網(wǎng)拉斷的現(xiàn)象影響生條質(zhì)量。有的企業(yè)為避免這種現(xiàn)象，用不當(dāng)?shù)牟僮鬓k法來彌補(bǔ)以上設(shè)備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。
改善梳棉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的過程。A186D梳棉機(jī)為了使道夫達(dá)到升、降速平滑，在機(jī)械傳動中設(shè)計(jì)雙速電機(jī)，慣性輪、電磁離合器，用電氣加機(jī)械的手段來實(shí)現(xiàn)。A186E、A186F、FA201梳棉機(jī)設(shè)計(jì)中又增加了電動機(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。FA201B、FA212梳棉機(jī)采用了交流變頻調(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。為老機(jī)改造提供一個好的范例。
對A186D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。還能提高生產(chǎn)效率與生條質(zhì)量。
結(jié)束語
交流變頻調(diào)速技術(shù)在紡織設(shè)備上的應(yīng)用是必要的，對傳統(tǒng)的紡織設(shè)備推廣應(yīng)用也是可行的。
我國紡織業(yè)國際化邁進(jìn)的進(jìn)程正在加快。但與國際先進(jìn)水平比還有很大的差距，為了縮小差距，我們應(yīng)在紡織機(jī)械的機(jī)電一體化的水平上不斷提高，把交流變頻技術(shù)更好地應(yīng)用于紡織機(jī)械的控制之中，要不斷開發(fā)有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高質(zhì)量、高水平的變頻器以及交流伺服電機(jī)控制器，積極推廣智能化技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，通過數(shù)顯儀表及觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。
