紡織行業(yè)論文變頻器調(diào)速技術(shù)在棉紡行業(yè)的廣闊前景

　　這篇紡織行業(yè)論文發(fā)表了變頻器調(diào)速技術(shù)在棉紡行業(yè)的廣闊前景，如何提高和穩(wěn)定質(zhì)量?如何降低成本?如何適應(yīng)多品種小批量?這些問題已成為棉紡廠老總?cè)找顾伎嫉闹餍�律�?/p>

　　關(guān)鍵詞：紡織行業(yè)論文,棉紡行業(yè)論文

　　1 引言

　　我國加入WTO后，由于紡織品配額壁壘的取消，中國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“棉紡織品”憑其獨特的優(yōu)勢全方位進軍國際市場，其出口量幾十倍，甚至成百倍地增長。給國際，尤其是歐美市場帶來了新一輪的沖擊波。隨之而來的國際競爭也趨于白熱化，其競爭焦點也突出在質(zhì)量、品種和價格三大焦點。

　　以上三大問題解決的迫切性，給交流變頻在棉紡行業(yè)的使用帶來了前所未有迅速發(fā)展的前景。

　　2 寬范圍的調(diào)速及軟啟動能穩(wěn)定可靠地保證棉紗質(zhì)量

　　(1) 目前不少棉紡老廠50%~60%以上的設(shè)備都是五十年代以前的，甚至解放前的設(shè)備還在使用。棉紗質(zhì)量競爭檔次的不斷提高已對這些設(shè)備構(gòu)成了嚴重的威脅，要么淘汰，要么改造，別無他法�？墒窃�棉紡設(shè)備中的A字頭梳棉機道夫傳動都采用雙速電機及摩擦離合器形式，因此，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。

　　目前新開發(fā)的梳棉機道夫傳動已采用交流變頻加普通異步電動機，由于變頻的升降速范圍很寬，可達0.1~3600秒，且取消變速箱，離合器，直接采用同步齒形帶傳動道夫，升降速非常平穩(wěn)，傳動精度高，且無噪聲，它的使用從根本上克服了原A字頭梳棉機弊病，從而可確實可靠地保證棉條質(zhì)量。

　　(2) 原粗紗機一直采用錐形(鐵炮)變速機構(gòu)，但錐形變速皮帶打滑導(dǎo)致變速不準，影響繞紗張力和成形不好的質(zhì)量問題�，F(xiàn)采用交流變頻調(diào)速，去掉了錐形變速機構(gòu)，使以上難題迎刃而解，從根本上把好了粗紗的質(zhì)量關(guān)。而對于細紗機來說，由于新型機采用變頻調(diào)速器去掉了成行機構(gòu)中的成型凸輪，進而克服了由于成行凸輪所造成的桃底有停頓，桃頂有沖擊的難題，使細紗卷繞成形質(zhì)量大為提高。主電機采用變頻調(diào)速后，使得細紗在大、中、小紗時的轉(zhuǎn)速在變化，大大減少了細紗的斷頭率，使成紗質(zhì)量得到了可靠保證。

　　3 充分利用變頻的“節(jié)能”功能，可最大限度的降低產(chǎn)品成本

　　(1) 由于變頻器具有優(yōu)越的軟啟動及恒扭矩功能，它可以在100%-150%扭矩下將異步電動機的啟動電流限制在額定電流附近。啟動沖擊對電機容量及電網(wǎng)的限制條件已不存在。采用變頻后可徹底消除以前的大馬拉小車及電動機功率過剩問題。

　　以前由于不使用變頻器，為保證啟動時有足夠的扭矩和減少對電網(wǎng)的沖擊，送風及大慣量負載裝機功率往往高出所需功率的40%~50%，變壓器容量也高出實際很多。這樣非但設(shè)備投資有很大一塊浪費，而且電動機、變壓器空載損耗(銅耗、鐵耗)的一塊電費也相當驚人。

　　(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;

　　Q/Qe=n/ne

　　H/He=(n/ne)2

　　P/Pe =(n/ne)3

　　式中:Qe—風機的額定風(流)量;

　　He—風機的額定壓力;

　　Pe—風機的額定功率;

　　ne—風機的額定轉(zhuǎn)速;

　　由式中可知，若風機效率一定，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(shè)備中應(yīng)用量大、面廣，其傳動絕大部分為大功率交流電機，耗電量在棉紡設(shè)備中是大戶。以前風機都采用電機恒速傳動，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“風機專用變頻”來自動調(diào)速，就可以從根本上防止電能浪費，單從公式p/pe=(n/ne)3來算，其節(jié)約的電費就可想而知了�？照{(diào)是棉紡廠離不開的首選設(shè)備，據(jù)某大公司提供的數(shù)據(jù)，今年12臺空調(diào)使用變頻后節(jié)電24余萬元，空調(diào)用電年耗平均下降了7個百分點。

　　(3) 變頻器的使用，使原有的傳動機構(gòu)發(fā)生了一個質(zhì)的飛躍，它變得既簡單，又可靠。拿梳棉機道夫傳動來講，使用變頻取消了減速箱，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，工藝變化調(diào)換“變產(chǎn)”齒輪問題已全不存在。變頻器的使用，使維修工工作量急劇下降;維修備件倉庫急劇萎縮;梳棉機的停臺率直線下降;而產(chǎn)量、質(zhì)量卻直線上升。反之，產(chǎn)品的成本亦將成倍下降!

　　4 變頻器的通訊方式

　　變頻器強大的通訊及軟件功能幾乎可與所有品牌的PLC、工業(yè)式觸摸屏及工控機組成、靈活多變的數(shù)控系統(tǒng)(見圖1)。

　　圖1 變頻與PLC通訊框圖

　　通過觸摸屏或鍵盤對軟件中的某些數(shù)據(jù)稍加改動就可適應(yīng)新的棉紡工藝。例如在梳棉機上只要改變其“總牽伸比”，“刺棍速度”、“蓋板速度”、“棉條重量”等參數(shù)，就可進行新產(chǎn)品試制。使用這種模式后，產(chǎn)品更新快，批量形成早，產(chǎn)品在國際市場上的高速反應(yīng)能力大大提高，形成你有我有，你無我有的大好局面。

　　5 交流變頻調(diào)速方案的選擇

　　設(shè)備的不同，電動機種類的不同，會出現(xiàn)多種不同的變頻調(diào)速方案。這里只討論三相鼠籠異步電動機的調(diào)速方案。

　　(1) 開環(huán)控制的通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)控制框圖見圖2。圖2中VVVF—通用變頻器;M—異步電動機。

　　圖2 開環(huán)異步電動變頻調(diào)速

　　該方案結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速范圍較寬，可靠性高，價格低廉。它基本能滿足一般調(diào)速精度不十分高的場合。是目前棉紡行業(yè)較普遍使用的經(jīng)濟實惠型品種。其缺點是調(diào)速精度較低，一般為2%左右，且低速性能不夠理想，轉(zhuǎn)速會隨負荷力矩而變動。目前廣泛應(yīng)用在風機、水泵、空調(diào)等一般要求不高的紡機上。

　　圖3 矢量控制變頻調(diào)速

　　(2) 無速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖3所示，圖3中VVVF—矢量變頻器。

　　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(yīng)也較快。

　　在設(shè)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，該方案目前已在FA系列梳棉機上開始使用并獲得比較理想的效果。

　　(3) 帶速度傳感器矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖4所示。

　　圖4 矢量閉環(huán)控制變頻調(diào)速

　　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。我廠已在FA218C梳棉機前后比例跟蹤上成功使用該方案，效果非常理想。該方案具有以下優(yōu)點:

　　(a) 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。

　　(b) 動態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速精度高。

　　(c) 加速度特性好，抗負載突變能力強。

　　其缺點是:價格較貴，按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。

　　6 對付變頻干擾的對策

　　變頻器內(nèi)部由于存在IGBT等高速工作開關(guān)，故在電路中會出現(xiàn)分布電感和分布電容，他們之間的能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，形成發(fā)射電磁波，從而產(chǎn)生高頻(1GHZ左右)電磁噪聲或電磁干擾，干擾嚴重時將會導(dǎo)致弱電設(shè)備如PLC、電子計數(shù)器、工控機等無法正常工作。為此必須采用相應(yīng)措施:

　　(1) 布線時，變頻器主回路必須與信號回路垂直或離開20-30公分。

　　(2) 信號線采用屏蔽線或者塑料絞合線，導(dǎo)線絞合后噪聲信號的大部分會相互抵消。

　　(3) 變頻必須使用單獨接地極，不能與其它動力設(shè)備接地相連。且兩者相距最小為5米，更不能將變頻接地連在零線上。

　　(4) 頻率參數(shù)設(shè)置應(yīng)盡量小于5KHZ。

　　(5) 時在變頻器的輸入、輸出端安裝變頻專用濾波器。

　　7 結(jié)論

　　隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和價格的大幅跳水，其性價比和使用的方便性已在各種電機調(diào)速方案中獨占鰲頭。現(xiàn)在它已成為棉紡設(shè)備改造和新機設(shè)計的首選產(chǎn)品，其廣闊前景將與日俱增。

　　參考文獻

　　[1] 變頻器調(diào)速手冊. 兵器工業(yè)出版社

　　[2] 變頻器世界. 京紡國際有限公司

　　[3] VFD-B臺達變頻使用手冊

　　[4] 制造業(yè)自動化. 《制造業(yè)自動化》雜志社

　　推薦期刊：《林業(yè)機械與木工設(shè)備》(月刊)創(chuàng)刊于1966年，是由國家科技部和國家新聞出版署審核批準，由國家林業(yè)局主管，哈爾濱林業(yè)機械研究所主辦，中國林業(yè)機械學會、中國林學會林業(yè)機械分會、國家木工機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心協(xié)辦的全國公開發(fā)行的國家級學術(shù)期刊。

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