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变频调速技术在棉纺织设备中的应用

1、前言 
 
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，提高纺制质量和自动化程度，扩大品种的适应性，使用操纵易便。各纺织厂家也投资改造老机设备。这里面有一个采用较多的技术-交流变频调速技术。  
2、交流变频调速技术的优点 
 
交流变频调速技术近二十年来在一些技术先进的国家得到迅速的普及推广，并在电子拖动中逐步占据主导地位，形成了电力电子学理论。 　　电力电子学就是使用电子半导体元件进行电力变频和控制的技术。1973年美国电气学会在其主办的电力电子学大会上，将电力电子学定义为：是研究电气电子和控制的边缘领域的技术学科。电力电子学是本来不适用于调速的交流异步电动机，具有和直流电动机一样的调速性能。  
交流变频调速传动具有以下特点：　　  
2.1可以使普通异步电动机实现无级调速。　　  
2.2启动电流小，减少电源设备容量。　　  
2.3启动平滑,消除机械的冲击力,保护机械设备。　　  
2.4对电机具有保护功能,降低电机的维修费用。　　  
2.5具有显著的节电效果。　　  
由于交流变频调速传动技术具有上述特点，已开始取代直流调速装置，成为现代电气传动的发展方向。  

3、交流变频技术在棉纺织设备中推广应用的必要性 
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，这样才能是纤维的牵伸均匀，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。  
 

4. 交流变频技术在纺织设备中的应用  
4.1交流变频调速在新型国产棉纺设备中得到广泛的应用。在2000年第七届中国国际纺织机械展中，FA201B梳棉机、FA326并条机、FA423粗纱机、FA710 高速并条机、FA231倍捻机均采用变频调速。新型国产细纱机F1513系列、 F0128系列采用PLC，可编程序控制，变频调速、纺纱全程可根据设定程序进行调速纺纱。特别是EJM128JL型细纱机1008锭，锭速可按10段变频调速控制。FA716并纱基础集体变频调速，还可使用后不同品种需要，实行单锭，分组或分段变频调速，适应棉毛等多品种并纱卷绕的要求。 　　 
4.2交流变频调速在梳棉机中的应用。　　 
 
4.2.1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。 
 
4.2.2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速调速，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。 
 
4.3变频调速在粗纱机上的应用取代防细节装置。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FA413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。 
 
4.4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。 
 
4.5变频调速在纺织空调中的应用使节能显著。在空调风机控制中应用，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。 　　  
5、交流变频调速技术在棉纺织设备上推广应用的可行性。 
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 。棉纺织技术杂志阎磊主编曾在《我国纺织工业技术进步的思考与建议》[2000.1]一文中就提到了采用高新技术改造传统纺织设备问题，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，他有效保护道夫电机，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%。 
粗纱机的变频技术改造也具有良好的性价比。粗纱工序全部改造费用为22万元，也可节约电抗器、接触器、时间继电器、电磁离合器等材料消耗。 
 
6、结束语 　  
交流变频调速技术在棉纺织设备上的应用是必要的，对传统的棉纺织设备推广应用也是可行的。 　　现正在服役的棉纺织设备中交流变频技术应用较小。这里的因素很多：一是目前运行的设备大多是七八十年代出场的，但是这一新技术还未得到应用，二是近年来棉纺织行业效益不佳，没有能力应用这一新技术，在设备选型上，由于价差因素放弃了采用新技术的设备；三是管理水平与维修力量不佳，而不敢选用技术含量高的设备。随着社会的进步，技术的发展和加入WTO，就必须提高我国现有棉纺织设备的装备水平，增在技术含量，增加棉纱、布在国际市场上的竞争力。因此，交流变频调速这一高新技术将在棉纺织设备中得到广泛的应用。