变频器在纺织机械中的应用

近年来随着纺织机械、机电一体化技术水平的不断提高和纺织行业的特点，对纺织品的要求不断更新，基于诸多的原因，对纺织设备提出了较高的要求。近10年来在激烈的市场竞争中，国内外纺机厂商采用PLC控制，变频调速，机电一体化等以电子技术更多的取代传统的机械结构，提高纺机整机的可靠性、纺制质量和自动化程度，扩大品种的适应性，使用操纵简便。各纺织厂家也投资改造老设备。交流变频调速技术就是被采用较多的技术，在大多数新开发的纺织机械产品中几乎无一例外地应用了变频器。

一、交流变频调速的特点

1、 减少功耗，降低成本

　　纺织厂离不开空调设备,当空调电机使用变频调速器控制后，可根据车间环境条件对风机进行无级调速，扩大了调节范围，因风机大部分工作在50-80%的效率中，这样就具有良好的节电效果，高达60%左右；在水泵控制应用中可根据水量调整供水水泵转速，实现节能同时也实现了接近恒压供水。以上两个主要耗能设备应用变频调速降低了功耗，大大节省了用电支出。普传科技公司对其中一个客户使用情况进行了测试，全年12台空调机可节电24余万元，空调用电单耗平均下降了6、7个百分点。

2、简化了机构、提高了性能

　　通过PLC可编程序控制器或工控机的控制，再经变频器实现多电机的同步协调运转。根据生产工艺曲线控制各机构的运动，进而简化了机构。比如粗纱机利用变频调速，去掉了锥轮变速机构，从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。

　　而对于细纱机来说，由于利用变频器去掉了成形机构中的成形凸轮，进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃顶有冲击的现象。使得细纱卷形状良好。以便于下一道工序的高速退绕。同时利用变频器控制三十九主电机的变速来控制锭子的转数，使得细纱在大中小纱时转速在变化，减少纱的断头率。

　　交流变频调速技术在新型国产棉纺织设备中已比较广泛。目前服役的棉纺织设备中推广应用的极少 。现棉纺织企业所使用的设备大都是七、八十年代生产的设备，这些设备从机械状态来讲仍可使用相当一段时间，近期全部更新是不可能的，但对其进行部分电气传动改造是完全可行的。

　　以梳棉、粗纱两个工序的设备实施变频技术改造为例。一个5万锭生产规模的棉纺企业，梳棉工序配置80台左右设备，粗纱工序配置20台左右设备。若梳棉机为186D或A186F型，其改造费A用约为28万元左右，但在变频技术改造过程中取消了电磁离合器、2个接触器，还有中间继电器和整流器等。这些电气材料节约近1000元，它有效保护道夫电机，道夫传动轮系，降低故障率，减少维修费用，这样每单台可节约材料费用1200元，80台就可节约9.6万元。通过简单测算，投资回收期为4.35年，总投资收益率为22.97%。

二、交流变频技术的应用

　　变频器控制的纺织机械涉及的交流电机主要分为两类：一类就是常用的Y系列的交流异步电机，这种电机主要应用于调速精度要求不高、调速范围不大的纺机上；而另一类为交流变频调速专用异步电机；主要用于调速精度要求高、调速范围大的机器上。

　　下面介绍一下应用于纺织机械的普传科技不同系列的变频器。

　　1、PI168系列变频器：用变频器开环控制异步电机调速称为V/F形式。这种方式电路简单、可靠。但调速范围在10：1范围以内，调速精度较低2%~5%，并且低速性能不理想。因此多用于针织机或要求不高的纺织机械上。
　　2、PI7000系列高性能变频器：采用无速度传感器矢量控制变频器。其有优良的低速特性。电路结构简单，可靠性高。同时还具有较好的加减特性、转矩特性以及电流限制特性等。调速精度可达0.5%~1.0%。调速范围在20：1范围以内。适合印染机械的调速等。
　　3、PI7000S变频器采用带速度反馈的矢量变频控制异步电机，闭环变频调速，调速范围可达100：1。可实现高频响应、高精度、智能化。适用于调速要求较高且恒张力、恒线速的分条整经机、浆纱机、热定型机以及化纤长丝纺纱设备等。

三、变频调速器在纺织机械中的应用实例

　　变频器应用于纺纱机械中，可以说几乎各个工序的机械上都应用了。包括开清棉机、梳棉机、条卷机、精梳机、并条机以及粗纱机、细纱机和洛简机等。对于织造机械则有浆纱机、整经机等。另外针织机、无纺布、化纤机械、印染机械上也大量适用了变频器。

　　1、粗纱机

　　粗纱机的筒管卷绕与前罗拉的转速在开停时容易产生差异，造成粗纱张力的过大与过小，这样就很容易形成粗纱的粗细节，为了减少粗细节的产生，在粗纱机传动设计有电抗器，时间继电器加电磁离合器，统称为防细节装置。电抗器的作用是在粗纱机启动时使主电 机处于三相不平衡状态，从而降低电机的启动力矩，达到软启动的目的，时间继电器与电磁离合器则是在粗纱机停车时铁炮与筒管卷绕相脱离，筒管停止卷绕，而前罗拉则仍以惯性继续输出粗纱，使用罗拉与锭翼之间的粗纱又一定的松弛程度，防止粗纱再次开车时产生过度张力。

　　此种防细节装置在实际使用过程中存在严重的缺陷。一是电抗器串在三相回路中的一相，利用三相不平衡原理来降低电机的启动力矩，当粗纱机启动结束后通过时间继电器将电抗器短接，使电动机恢复三相平衡状态，投入正常运行。如果时间继电器一旦出现问题，就会使电机长期处于三相不平衡运行，造成电机过 热而烧坏。二是停车用的电磁离合器的离合时间是通过两个时间继电器配合调节来实现的，使粗纱的松弛程度掌握难度较大，再者电磁离合器的故障也较高；因此这种防 细节装置，在实际生产中能保持的很少，粗纱的防细节问题一直没有得到很好的解决。目前新型粗纱机及老机改造采用交流变频技术。使这一工艺难题得以解决。经对FA491型粗纱机改造前后成纱质量测试，启动段粗纱条干CV%下降2-3%，粗纱粗细节下降90%以上。

　　FA491高速悬粗纱机为我国近年来开发出的新型粗纱机。采用工控机、PLC及变频器控制4台电机，分别转动锭翼、罗拉、简管及龙筋升降，去掉了锥轮变速装置、成型装置等，简化了机构。效率高、可靠性高，低噪音，便于操作及维护保养。工艺适应性好，减少断头。最高速可达标1500rpm，实现了人机对话、停车与自动定位等新技术。是一种高水平的粗纱机。

　　2、浆纱机

　　变频调速在浆纱机上的应用，减少了机械结构和电机。在G142系列浆纱老机改造中采用交流变频调速，减少原设计中的第一组机械无级变速器，同时省去了一个伺服电机和一个慢速电机。而在满足上浆工艺上，车速由慢速、主机加升降速改造成了车速由启动道工艺车速的无间断无级调速，为车速变化调整压力，实现浆纱上浆率均衡提供了条件。
GA308型浆纱机为交流分布传动。其中上浆槽、下浆槽及烘筒为交流变频电机传动，而织轴及拖引辊为交流伺服变频电机单独传动。共适用了5台变频器、2台伺服控制器以及压力、温度、回潮率等传感器。由工控机和可编程序控制器PLC控制。构成了一分布控制系统。其中PLC用来整机的动作以及回潮率、烘房及浆槽的温度及压浆辊压力等参数控制。整机受工控机的控制。此机控制精度高，性能稳定，故障率低，是一种高质量、高水平的设备。

　　3、棉纺织设备中应用

　　纺纱工艺流程中要求加工设备的电气传动稳定，点动、启动及升降速都应平滑实现，这样才能使纤维的牵伸均匀，降低重量不匀和条干CV值。在棉纺设备的传动系统中，都是由皮带与齿轮来承担，由于电动机启动硬度的原因，在点动与启动过程中，不可避免地会出现皮带打滑，齿轮冲击等现象。在机械传动轮系中，齿轮越多，造成齿轮损伤的机率就越大，应用交流变频技术就能够很好的解决平滑启动，消除机械启动时的冲击力，实现无级调速，满足生产工艺要求，提高成纱质量。应用此技术在纱支品种变化的 情况时，不需改变牙齿或皮带轮，设备工艺转速的改变只需通过变频设定就可完成。

　　梳棉机老机在设计方面由于受到当时的技术条件、设备制造成本，市场需要等因素的限制不可避免的存在着一些缺陷。如A186D型梳棉机道传动系统中的电磁离合器由于故障较高，经常造成停台，不时出火警，给生产效率与产品质量造成一定的损失，要保持与维护需投入大量的人力与物力。有些企业惯性轮 电磁离合器被弃用。这样在道夫慢转快的过程中产生细条，严重时出现破边，棉网拉断的现象影响生条质量。有的企业为避免这种现象，用不当的操作办法来弥补以上设备缺陷，但要造成大量的废条，同样是不可取的。

　　改善梳棉机运行状态的过程。A186D梳棉机为了使道夫达到升、降速平滑，在机械传动中设计双速电机，惯性轮、电磁离合器，用电气加机械的手段来实现。A186E、A186F、FA201梳棉机设计中又增加了电动机的星-三角转换这一控制环节，从而进一步改善了升、降速斜率。FA201B、FA212梳棉机采用了交流变频调速，从而实现了道夫升速斜率的任意调节，道夫工艺转速的任意可变的功能。为老机改造提供一个好的范例。

　　对A186D老机进行交流变频调速改造，不但提高设备性能，降低故障停台。还能提高生产效率与生条质量。

结束语

　　交流变频调速技术在纺织设备上的应用是必要的，对传统的纺织设备推广应用也是可行的。

　　我国纺织业国际化迈进的进程正在加快。但与国际先进水平比还有很大的差距，为了缩小差距，我们应在纺织机械的机电一体化的水平上不断提高，把交流变频技术更好地应用于纺织机械的控制之中，要不断开发有我国自主知识产权的高质量、高水平的变频器以及交流伺服电机控制器，积极推广智能化技术、现场总线技术，实现网络控制，通过数显仪表及触摸屏实现人机对话。