棉紡織設(shè)備中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用探討

1、前言

　　近年來國內(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，提高紡制質(zhì)量和自動化程度，擴(kuò)大品種的適應(yīng)性，使用操縱易便。各紡織廠家也投資改造老機(jī)設(shè)備。這里面有一個采用較多的技術(shù)-交流變頻調(diào)速技術(shù)。

　　2、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)近二十年來在一些技術(shù)先進(jìn)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(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年美國電氣學(xué)會在其主辦的電力電子學(xué)大會上，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)是本來不適用于調(diào)速的交流異步電動機(jī)，具有和直流電動機(jī)一樣的調(diào)速性能。

　　交流變頻調(diào)速傳動具有以下特點(diǎn)：

　　2.1可以使普通異步電動機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。

　　2.2啟動電流小，減少電源設(shè)備容量。

　　2.3啟動平滑,消除機(jī)械的沖擊力,保護(hù)機(jī)械設(shè)備。

　　2.4對電機(jī)具有保護(hù)功能,降低電機(jī)的維修費(fèi)用。

　　2.5具有顯著的節(jié)電效果。

　　由于交流變頻調(diào)速傳動技術(shù)具有上述特點(diǎn)，已開始取代直流調(diào)速裝置，成為現(xiàn)代電氣傳動的發(fā)展方向。

　　3、交流變頻技術(shù)在棉紡織設(shè)備中推廣應(yīng)用的必要性

　　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)，這樣才能是纖維的牽伸均勻，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。

　　4. 交流變頻技術(shù)在紡織設(shè)備中的應(yīng)用

　　4.1交流變頻調(diào)速在新型國產(chǎn)棉紡設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用

　　在2000年第七屆中國國際紡織機(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。新型國產(chǎn)細(xì)紗機(jī)F1513系列、 F0128系列采用PLC，可編程序控制，變頻調(diào)速、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。

　　4.2交流變頻調(diào)速在梳棉機(jī)中的應(yīng)用。

　　4.2.1梳棉機(jī)老機(jī)在設(shè)計方面由于受到當(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。

　　4.2.2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。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。

　　4.3變頻調(diào)速在粗紗機(jī)上的應(yīng)用取代防細(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FA413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。4.4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。

　　4.5變頻調(diào)速在紡織空調(diào)中的應(yīng)用使節(jié)能顯著

　　在空調(diào)風(fēng)機(jī)控制中應(yīng)用，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。

　　5、交流變頻調(diào)速技術(shù)在棉紡織設(shè)備上推廣應(yīng)用的可行性

　　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 。棉紡織技術(shù)雜志閻磊主編曾在《我國紡織工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的思考與建議》[2000.1]一文中就提到了采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)紡織設(shè)備問題，現(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，他有效保護(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%。

　　粗紗機(jī)的變頻技術(shù)改造也具有良好的性價比。粗紗工序全部改造費(fèi)用為22萬元，也可節(jié)約電抗器、接觸器、時間繼電器、電磁離合器等材料消耗。

　　6、結(jié)束語

　　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，對傳統(tǒng)的棉紡織設(shè)備推廣應(yīng)用也是可行的。