清梳聯(lián)中變頻調(diào)速控制的應用研究

1、紡織行業(yè)對控制系統(tǒng)提出的要求

　　我國紡織行業(yè)國際化進程正在加快，但是和國際水平還有一定的差距，隨著自動化程度的提高，棉紗質(zhì)量競爭檔次的不斷提高已對棉紡設備提出了更多的要求：提高產(chǎn)量的同時保證穩(wěn)定性、提高和穩(wěn)定紗線質(zhì)量、節(jié)能降耗、適用多品種小批量生產(chǎn)等等。清梳聯(lián)系統(tǒng)作為前紡環(huán)節(jié)，質(zhì)量指標的提升對最終的紗線質(zhì)量有很大的影響，成本的不斷增加使得很多紡織廠對成本、效能、電氣控制的精準性和穩(wěn)定性，以及工藝的適用性也提出了更高的要求。變頻控制、伺服控制等控制方法的出現(xiàn)為我們解決了這些問題的方法，伺服控制系統(tǒng)雖然控制精準，但是成本過高。相對伺服控制來講變頻控制性價比比較高，這也是變頻控制在棉紡行業(yè)普遍應用的原因。

　　2 、變頻器控制方式的對比
 

　　2.1 V/F(恒壓頻比)控制以及特點

　　V/F控制顧名思義，V/F控制就是保證輸出電壓跟頻率成正比的控制。異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。V/F控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、機械特性硬度較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應用。缺點是低頻率時無法滿足電機額定轉(zhuǎn)矩的輸出并且V/F控制是使變頻器按照事先安排好的補償程度工作，不能隨負載的變化而改變。

　　2.2 VC(矢量)控制以及特點

　　矢量控制是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。由于矢量控制可以使得變頻器根據(jù)頻率和負載情況實時的改變輸出頻率和電壓，因此其動態(tài)性能相對完善?？梢詫D(zhuǎn)矩進行精確控制;系統(tǒng)響應快;調(diào)速范圍廣;加減速性能好等特點。在對轉(zhuǎn)矩控制要求高的場合，以其優(yōu)越的控制性能受到用戶的贊賞。其中矢量控制分為：無速度傳感器的矢量控制和矢量控制(閉環(huán))兩種。

　　2.2.1 無速度傳感器的矢量控制

　　由于矢量變頻器可以分別對電動機的磁通和轉(zhuǎn)距電流進行檢測、控制，自動改變電壓和頻率，使指令值和檢測實際值達到一致，從而實現(xiàn)了矢量控制。雖然它是開環(huán)控制系統(tǒng)，但是大大提升了靜態(tài)精度和動態(tài)品質(zhì)，轉(zhuǎn)速精度可達5%。轉(zhuǎn)速響應也較快。在設備要求不是十分高的情況下，采用該方案是非常合適的，它可達到控制結(jié)構(gòu)簡單，可靠性又高的實效。圖1為無速度傳感器矢量控制的系統(tǒng)框圖：

　　圖1

　　2.2.2矢量控制(閉環(huán))

　　在前者控制方式下增加了反饋環(huán)節(jié)，矢量閉環(huán)變頻調(diào)速是一種最為理想的控制方式，他類同于伺服、直流閉環(huán)調(diào)速，但性價比又大大優(yōu)于兩者。該方案具有以下優(yōu)點：可以從零轉(zhuǎn)速起進行速度控制，即甚低速亦能運行，調(diào)速范圍可達100:1或1000:1;動態(tài)響應快，轉(zhuǎn)速精度高;加速度特性好，抗負載突變能力強。其缺點是：價格較貴，安裝速度傳感器必須與電機同軸，且增加了反饋環(huán)節(jié)，這些都給安裝維護增加了一定技術(shù)難度。因此對于轉(zhuǎn)速精度要求不是特別高，負載變化不是十分劇烈的場合，建議選用開環(huán)矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)為好。圖2為矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖

　　圖23、變頻調(diào)速在棉紡行業(yè)中的應用

　　3.1 工藝調(diào)整方面的應用

　　1、錫林電機功率較大，啟動電流非常大，變頻調(diào)速實現(xiàn)了錫林電機軟起動、無大電流沖擊，延長電機、設備使用壽命;

　　2、道夫電機，大壓輥電機(三羅拉部分)變頻的使用，極大的方便了工藝的調(diào)整：如產(chǎn)量、工藝牽伸比、不同品種的適用性;

　　3、由于人工費用的增加，越來越多的棉卷型梳棉機改造成棉箱形式，梳棉機后部給棉的控制提出了更高的要求，低速生頭時給棉電機在低頻狀態(tài)運行，轉(zhuǎn)矩的不足導致給棉羅拉的“打盹”現(xiàn)象以及從慢速生頭到快速運行時產(chǎn)生的意外牽伸及變速箱齒輪磨損產(chǎn)生的“打頓”使棉條重不勻及CV%嚴重超標，往往使成紗等級大幅下降甚至成為不合格品。變頻調(diào)速的應用使這些問題迎刃而解。

　　4、紡織市場向高產(chǎn)化，高質(zhì)化發(fā)展，矢量變頻控制在寬幅梳棉機的應用既滿足了梳棉機低速運行時轉(zhuǎn)矩的要求，由于加減速性能良好，避免了提速時的意外牽伸對棉條造成的影響，同時在高速時也具有良好的動態(tài)性能。

　　3.2 節(jié)能降耗

　　1、變頻器的應用取消了減速箱，慣性飛輪，帶電刷的電磁離合器及雙速電機后，以前維修工最頭痛、最繁忙的變速箱漏油問題、齒輪磨損調(diào)換問題、離合器失靈損壞問題。由于多品種的原因，相應的會有很多的工藝輪，部分工藝輪的減少在某種程度上為企業(yè)減少了成本。

　　2、風機、空調(diào)變頻調(diào)速節(jié)能相當可觀

　　由流體力學可知，風量Q與轉(zhuǎn)速一次方成正比，壓力h與轉(zhuǎn)速的平方成正比;

　　式中: —風機的額定風(流)量; —風機的額定壓力; —風機的額定功率; —風機的額定轉(zhuǎn)速

　　由式中可知，若風機功率一定，當要求調(diào)節(jié)風量下降時，轉(zhuǎn)速可成比例下降，此時風機的輸出功率是成立方關(guān)系下降。風機在棉紡設備中應用量大、面廣，其傳動絕大部分為大功率交流電機，包括濾塵風機以及單機風機，耗電量在棉紡設備中是大戶。濾塵風機一般通過更換皮帶輪的大小來調(diào)節(jié)風量，單機風機通過調(diào)節(jié)風門的辦法調(diào)節(jié)風量。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單，但它是以增加管網(wǎng)損失，耗費大量能源為代價的。如采用變頻調(diào)速就可以從根本上防止電能浪費，單從公式(3.3)來算，其節(jié)約的電費就可想而知了。空調(diào)是棉紡廠離不開的首選設備，變頻空調(diào)的使用使溫度波動小，避免了空調(diào)的頻繁開停，延長了壓縮機的壽命，具有高效、節(jié)能的特點。同時避免了頻繁啟動對電機和電網(wǎng)的損害。并保證了車間溫濕度達到標準要求，為確保紗線質(zhì)量提供了前提條件。

　　4、結(jié)語

　　通過控制方式的優(yōu)點和先進性，以及在清梳聯(lián)中的應用，驗證了變頻調(diào)速在清梳聯(lián)工藝調(diào)整、節(jié)能降耗等方面的優(yōu)勢。