變頻調速技術在棉紡織設備中的應用
1、前言
近10年來在激烈的市場競爭中，國內外紡機廠商，采用PLC控制，變頻調速，機電一體化等以電子技術更多的取代傳統的機械結構，提高紡機整機的可靠性，提高紡制質量和自動化程度，擴大品種的適應性，使用操縱易便。各紡織廠家也投資改造老機設備。這里面有一個采用較多的技術-交流變頻調速技術。
2、交流變頻調速技術的優點
交流變頻調速技術近二十年來在一些技術先進的國家得到迅速的普及推廣，并在電子拖動中逐步占據主導地位，形成了電力電子學理論。
電力電子學就是使用電子半導體元件進行電力變頻和控制的技術。1973年美國電氣學會在其主辦的電力電子學大會上，將電力電子學定義為：是研究電氣電子和控制的邊緣領域的技術學科。電力電子學是本來不適用于調速的交流異步電動機，具有和直流電動機一樣的調速性能。
交流變頻調速傳動具有以下特點：
2.1可以使普通異步電動機實現無級調速。
2.2啟動電流小，減少電源設備容量。
2.3啟動平滑,消除機械的沖擊力,保護機械設備。
2.4對電機具有保護功能,降低電機的維修費用。
2.5具有顯著的節電效果。
由于交流變頻調速傳動技術具有上述特點，已開始取代直流調速裝置，成為現代電氣傳動的發展方向。
3、交流變頻技術在棉紡織設備中推廣應用的必要性
紡紗工藝流程中要求加工設備的電氣傳動穩定，點動、啟動及升降速都應平滑實現，這樣才能是纖維的牽伸均勻，降低重量不勻和條干CV值。在棉紡設備的傳動系統中，都是由皮帶與齒輪來承擔，由于電動機啟動硬度的原因，在點動與啟動過程中，不可避免地會出現皮帶打滑，齒輪沖擊等現象。在機械傳動輪系中，齒輪越多，造成齒輪損傷的機率就越大，應用交流變頻技術就能夠很好的解決平滑啟動，消除機械啟動時的沖擊力，實現無級調速，滿足生產工藝要求，提高成紗質量。應用此技術在紗支品種變化的 情況時，不需改變牙齒或皮帶輪，設備工藝轉速的改變只需通過變頻設定就可完成。
4. 交流變頻技術在紡織設備中的應用
4.1交流變頻調速在新型國產棉紡設備中得到廣泛的應用。
在2000年第七屆中國國際紡織機械展中，FA201B梳棉機、FA326并條機、FA423粗紗機、FA710 高速并條機、FA231倍捻機均采用變頻調速。新型國產細紗機F1513系列、 F0128系列采用PLC，可編程序控制，變頻調速、紡紗全程可根據設定程序進行調速紡紗。特別是EJM128JL型細紗機1008錠，錠速可按10段變頻調速控制。FA716并紗基礎集體變頻調速，還可使用后不同品種需要，實行單錠，分組或分段變頻調速，適應棉毛等多品種并紗卷繞的要求。
4.2交流變頻調速在梳棉機中的應用。
4.2.1梳棉機老機在設計方面由于受到當時的技術條件、設備制造成本，市場需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如A186D型梳棉機道傳動系統中的電磁離合器由于故障較高，經常造成停臺，不時出火警，給生產效率與產品質量造成一定的損失，要保持與維護需投入大量的人力與物力。有些企業慣性輪電磁離合器被棄用。這樣在道夫慢轉快的過程中產生細條，嚴重時出現破邊，棉網拉斷的現象影響生條質量。有的企業為避免這種現象，用不當的操作辦法來彌補以上設備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。
4.2.2改善梳棉機運行狀態的過程。A186D梳棉機為了使道夫達到升、降速平滑，在機械傳動中設計雙速電機，慣性輪、電磁離合器，用電氣加機械的手段來實現。A186E、A186F、FA201梳棉機設計中又增加了電動機的星-三角轉換這一控｜制環節，從而進一步改善了升、降速斜率。FA201B、FA212梳棉機采用了交流變速調速，從而實現了道夫升速斜率的任意調節，道夫工藝轉速的任意可變的功能。為老機改造提供一個好的范例。
對A186D老機進行交流變頻調速改造，不但提高設備性能，降低故障停臺。還能提高生產效率與生條質量。
4.3變頻調速在粗紗機上的應用取代防細節裝置。
粗紗機的筒管卷繞與前羅拉的轉速在開停時容易產生差異，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節，為了減少粗細節的產生，在粗紗機傳動設計有電抗器，時間繼電器加電磁離合器，統稱為防細節裝置。電抗器的作用是在粗紗機啟動時使主電機處于三相不平衡狀態，從而降低電機的啟動力矩，達到軟啟動的目的，時間繼電器與電磁離合器則是在粗紗機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生過度張力。
此種防細節裝置在實際使用過程中存在嚴重的缺陷。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的啟動力矩，當粗紗機啟動結束后通過時間繼電器將電抗器短接，使電動機恢復三相平衡狀態，投入正常運行。如果時間繼電器一旦出現問題，就會使電機長期處于三相不平衡運行，造成電機過熱而燒壞。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節來實現的，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 細節裝置，在實際生產中能保持的很少，粗紗的防細節問題一直沒有得到很好的解決。目前新型粗紗機及老機改造采用交流變頻技術。使這一工藝難題得以解決。經對FA413型粗紗機改造前后成紗質量測試，啟動段粗紗條干CV%下降2-3%，粗紗粗細節下降90%以上。
4.4變頻調速在漿紗機上的應用減少了機械結構和電機。在G142系列漿紗老機改造中采用交流變頻調速，減少原設計中的第一組機械無級變速器，同時省去了一個伺服電機和一個慢速電機。而在滿足上漿工藝上，車速由慢速、主機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速。為車速變化調整壓力實｜現漿紗上漿率均衡提供了條件。
4.5變頻調速在紡織空調中的應用使節能顯著。在空調風機控制中應用，可根據車間環境條件對風機進行無級調速，擴大了調節范圍，因風機大部分工作在50-80%的效率中，這樣就具有良好 的節電效果高達60%左右，在水泵控制應用中可根據水量調整供水水泵轉速，實現節能同時也實現了接近恒壓供水。
5、交流變頻調速技術在棉紡織設備上推廣應用的可行性。
交流變頻調速技術在新型國產棉紡織設備中已比較廣泛。目前服役的棉紡織設備中推廣應用的極少 。棉紡織技術雜志閻磊主編曾在《我國紡織工業技術進步的思考與建議》[2000.1]一文中就提到了采用高新技術改造傳統紡織設備問題，現棉紡織企業所使用的設備大都是七、八十年代生產的設備，這些設備從機械狀態來講仍可使用相當一段時間，近期全部更新是不可能的，但對其進行部分電氣傳動改造是完全可行的。
以梳棉、粗紗兩個工序的設備實施變頻技術改造為例。一個5萬錠生產規模的棉紡企業，梳棉工序配置80臺左右設備，粗紗工序配置20臺左右設備。若梳棉機為186D或A186F型，其改造費A用約為28萬元左右，但在變頻技術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。這些電氣材料節約近1000元，他有效保護道夫電機，道夫傳動輪系，降低故障率，減少維修費用，這樣每單臺可節約材料費用1200元，80臺就可節約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%。
粗紗機的變頻技術改造也具有良好的性價比。粗紗工序全部改造費用為22萬元，也可節約電抗器、接觸器、時間繼電器、電磁離合器等材料消耗。
6、結束語
交流變頻調速技術在棉紡織設備上的應用是必要的，對傳統的棉紡織設備推廣應用也是可行的。 現正在服役的棉紡織設備中交流變頻技術應用較小。這里的因素很多：一是目前運行的設備大多是七八十年代出場的，但是這一新技術還未得到應用，二是近年來棉紡織行業效益不佳，沒有能力應用這一新技術，在設備選型上，由于價差因素放棄了采用新技術的設備；三是管理水平與維修力量不佳，而不敢選用技術含量高的設備。隨著社會的進步，技術的發展和加入WTO，就必須提高我國現有棉紡織設備的裝備水平，增在技術含量，增加棉紗、布在國際市場上的競爭力。因此，交流變頻調速這一高新技術將在棉紡織設備中得到廣泛的應用。
近10年來在激烈的市場競爭中，國內外紡機廠商，采用PLC控制，變頻調速，機電一體化等以電子技術更多的取代傳統的機械結構，提高紡機整機的可靠性，提高紡制質量和自動化程度，擴大品種的適應性，使用操縱易便。各紡織廠家也投資改造老機設備。這里面有一個采用較多的技術-交流變頻調速技術。
2、交流變頻調速技術的優點
交流變頻調速技術近二十年來在一些技術先進的國家得到迅速的普及推廣，并在電子拖動中逐步占據主導地位，形成了電力電子學理論。
電力電子學就是使用電子半導體元件進行電力變頻和控制的技術。1973年美國電氣學會在其主辦的電力電子學大會上，將電力電子學定義為：是研究電氣電子和控制的邊緣領域的技術學科。電力電子學是本來不適用于調速的交流異步電動機，具有和直流電動機一樣的調速性能。
交流變頻調速傳動具有以下特點：
2.1可以使普通異步電動機實現無級調速。
2.2啟動電流小，減少電源設備容量。
2.3啟動平滑,消除機械的沖擊力,保護機械設備。
2.4對電機具有保護功能,降低電機的維修費用。
2.5具有顯著的節電效果。
由于交流變頻調速傳動技術具有上述特點，已開始取代直流調速裝置，成為現代電氣傳動的發展方向。
3、交流變頻技術在棉紡織設備中推廣應用的必要性
紡紗工藝流程中要求加工設備的電氣傳動穩定，點動、啟動及升降速都應平滑實現，這樣才能是纖維的牽伸均勻，降低重量不勻和條干CV值。在棉紡設備的傳動系統中，都是由皮帶與齒輪來承擔，由于電動機啟動硬度的原因，在點動與啟動過程中，不可避免地會出現皮帶打滑，齒輪沖擊等現象。在機械傳動輪系中，齒輪越多，造成齒輪損傷的機率就越大，應用交流變頻技術就能夠很好的解決平滑啟動，消除機械啟動時的沖擊力，實現無級調速，滿足生產工藝要求，提高成紗質量。應用此技術在紗支品種變化的 情況時，不需改變牙齒或皮帶輪，設備工藝轉速的改變只需通過變頻設定就可完成。
4. 交流變頻技術在紡織設備中的應用
4.1交流變頻調速在新型國產棉紡設備中得到廣泛的應用。
在2000年第七屆中國國際紡織機械展中，FA201B梳棉機、FA326并條機、FA423粗紗機、FA710 高速并條機、FA231倍捻機均采用變頻調速。新型國產細紗機F1513系列、 F0128系列采用PLC，可編程序控制，變頻調速、紡紗全程可根據設定程序進行調速紡紗。特別是EJM128JL型細紗機1008錠，錠速可按10段變頻調速控制。FA716并紗基礎集體變頻調速，還可使用后不同品種需要，實行單錠，分組或分段變頻調速，適應棉毛等多品種并紗卷繞的要求。
4.2交流變頻調速在梳棉機中的應用。
4.2.1梳棉機老機在設計方面由于受到當時的技術條件、設備制造成本，市場需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如A186D型梳棉機道傳動系統中的電磁離合器由于故障較高，經常造成停臺，不時出火警，給生產效率與產品質量造成一定的損失，要保持與維護需投入大量的人力與物力。有些企業慣性輪電磁離合器被棄用。這樣在道夫慢轉快的過程中產生細條，嚴重時出現破邊，棉網拉斷的現象影響生條質量。有的企業為避免這種現象，用不當的操作辦法來彌補以上設備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。
4.2.2改善梳棉機運行狀態的過程。A186D梳棉機為了使道夫達到升、降速平滑，在機械傳動中設計雙速電機，慣性輪、電磁離合器，用電氣加機械的手段來實現。A186E、A186F、FA201梳棉機設計中又增加了電動機的星-三角轉換這一控｜制環節，從而進一步改善了升、降速斜率。FA201B、FA212梳棉機采用了交流變速調速，從而實現了道夫升速斜率的任意調節，道夫工藝轉速的任意可變的功能。為老機改造提供一個好的范例。
對A186D老機進行交流變頻調速改造，不但提高設備性能，降低故障停臺。還能提高生產效率與生條質量。
4.3變頻調速在粗紗機上的應用取代防細節裝置。
粗紗機的筒管卷繞與前羅拉的轉速在開停時容易產生差異，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節，為了減少粗細節的產生，在粗紗機傳動設計有電抗器，時間繼電器加電磁離合器，統稱為防細節裝置。電抗器的作用是在粗紗機啟動時使主電機處于三相不平衡狀態，從而降低電機的啟動力矩，達到軟啟動的目的，時間繼電器與電磁離合器則是在粗紗機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生過度張力。
此種防細節裝置在實際使用過程中存在嚴重的缺陷。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的啟動力矩，當粗紗機啟動結束后通過時間繼電器將電抗器短接，使電動機恢復三相平衡狀態，投入正常運行。如果時間繼電器一旦出現問題，就會使電機長期處于三相不平衡運行，造成電機過熱而燒壞。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節來實現的，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 細節裝置，在實際生產中能保持的很少，粗紗的防細節問題一直沒有得到很好的解決。目前新型粗紗機及老機改造采用交流變頻技術。使這一工藝難題得以解決。經對FA413型粗紗機改造前后成紗質量測試，啟動段粗紗條干CV%下降2-3%，粗紗粗細節下降90%以上。
4.4變頻調速在漿紗機上的應用減少了機械結構和電機。在G142系列漿紗老機改造中采用交流變頻調速，減少原設計中的第一組機械無級變速器，同時省去了一個伺服電機和一個慢速電機。而在滿足上漿工藝上，車速由慢速、主機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速。為車速變化調整壓力實｜現漿紗上漿率均衡提供了條件。
4.5變頻調速在紡織空調中的應用使節能顯著。在空調風機控制中應用，可根據車間環境條件對風機進行無級調速，擴大了調節范圍，因風機大部分工作在50-80%的效率中，這樣就具有良好 的節電效果高達60%左右，在水泵控制應用中可根據水量調整供水水泵轉速，實現節能同時也實現了接近恒壓供水。
5、交流變頻調速技術在棉紡織設備上推廣應用的可行性。
交流變頻調速技術在新型國產棉紡織設備中已比較廣泛。目前服役的棉紡織設備中推廣應用的極少 。棉紡織技術雜志閻磊主編曾在《我國紡織工業技術進步的思考與建議》[2000.1]一文中就提到了采用高新技術改造傳統紡織設備問題，現棉紡織企業所使用的設備大都是七、八十年代生產的設備，這些設備從機械狀態來講仍可使用相當一段時間，近期全部更新是不可能的，但對其進行部分電氣傳動改造是完全可行的。
以梳棉、粗紗兩個工序的設備實施變頻技術改造為例。一個5萬錠生產規模的棉紡企業，梳棉工序配置80臺左右設備，粗紗工序配置20臺左右設備。若梳棉機為186D或A186F型，其改造費A用約為28萬元左右，但在變頻技術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。這些電氣材料節約近1000元，他有效保護道夫電機，道夫傳動輪系，降低故障率，減少維修費用，這樣每單臺可節約材料費用1200元，80臺就可節約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%。
粗紗機的變頻技術改造也具有良好的性價比。粗紗工序全部改造費用為22萬元，也可節約電抗器、接觸器、時間繼電器、電磁離合器等材料消耗。
6、結束語
交流變頻調速技術在棉紡織設備上的應用是必要的，對傳統的棉紡織設備推廣應用也是可行的。 現正在服役的棉紡織設備中交流變頻技術應用較小。這里的因素很多：一是目前運行的設備大多是七八十年代出場的，但是這一新技術還未得到應用，二是近年來棉紡織行業效益不佳，沒有能力應用這一新技術，在設備選型上，由于價差因素放棄了采用新技術的設備；三是管理水平與維修力量不佳，而不敢選用技術含量高的設備。隨著社會的進步，技術的發展和加入WTO，就必須提高我國現有棉紡織設備的裝備水平，增在技術含量，增加棉紗、布在國際市場上的競爭力。因此，交流變頻調速這一高新技術將在棉紡織設備中得到廣泛的應用。
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