变频器棉纺行业技术论文

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1引言

我国加入WTO后，由于纺织品配额壁垒的取消，中国的传统产业“棉纺织品”凭其独特的优势全方位进军国际市场，其出口量几十倍，甚至成百倍地增长。给国际，尤其是欧美市场带来了新一轮的冲击波。随之而来的国际竞争也趋于白热化，其竞争焦点也突出在质量、品种和价格三大焦点。

如何提高和稳定质量？如何降低成本？如何适应多品种小批量？这些问题已成为棉纺厂老总日夜思考的主旋律。

以上三大问题解决的迫切性，给交流变频在棉纺行业的使用带来了前所未有迅速发展的前景。

2宽范围的调速及软启动能稳定可靠地保证棉纱质量

(1)目前不少棉纺老厂50%~60%以上的设备都是五十年代以前的，甚至解放前的设备还在使用。棉纱质量竞争档次的不断提高已对这些设备构成了严重的威胁，要么淘汰，要么改造，别无他法。可是原棉纺设备中的A字头梳棉机道夫传动都采用双速电机及摩擦离合器形式，因此，从慢速生头到快速运行时产生的意外牵伸及变速箱齿轮磨损产生的“打顿”使棉条重不匀及cv%严重超标，往往使成纱等级大幅下降甚至成为不合格品。

目前新开发的梳棉机道夫传动已采用交流变频加普通异步电动机，由于变频的升降速范围很宽，可达0.1~3600秒，且取消变速箱，离合器，直接采用同步齿形带传动道夫，升降速非常平稳，传动精度高，且无噪声，它的使用从根本上克服了原A字头梳棉机弊病，从而可确实可靠地保证棉条质量。

(2)原粗纱机一直采用锥形(铁炮)变速机构，但锥形变速皮带打滑导致变速不准，影响绕纱张力和成形不好的质量问题。现采用交流变频调速，去掉了锥形变速机构，使以上难题迎刃而解，从根本上把好了粗纱的质量关。而对于细纱机来说，由于新型机采用变频调速器去掉了成行机构中的成型凸轮，进而克服了由于成行凸轮所造成的桃底有停顿，桃顶有冲击的难题，使细纱卷绕成形质量大为提高。主电机采用变频调速后，使得细纱在大、中、小纱时的转速在变化，大大减少了细纱的断头率，使成纱质量得到了可靠保证。

3充分利用变频的“节能”功能，可最大限度的降低产品成本

(1)由于变频器具有优越的软启动及恒扭矩功能，它可以在100%-150%扭矩下将异步电动机的启动电流限制在额定电流附近。启动冲击对电机容量及电网的限制条件已不存在。采用变频后可彻底消除以前的大马拉小车及电动机功率过剩问题。

以前由于不使用变频器，为保证启动时有足够的扭矩和减少对电网的冲击，送风及大惯量负载装机功率往往高出所需功率的40%~50%，变压器容量也高出实际很多。这样非但设备投资有很大一块浪费，而且电动机、变压器空载损耗(铜耗、铁耗)的一块电费也相当惊人。

(2)风机、空调变频调速节能相当可观

由流体力学可知，风量Q与转速一次方成正比，压力H与转速的平方成正比;

Q/Qe=n/ne

H/He=(n/ne)2

P/Pe=(n/ne)3

式中:Qe—风机的额定风(流)量;

He—风机的额定压力;

Pe—风机的额定功率;

ne—风机的额定转速;

由式中可知，若风机效率一定，当要求调节风量下降时，转速可成比例下降，此时风机的输出功率是成立方关系下降。

风机在棉纺设备中应用量大、面广，其传动绝大部分为大功率交流电机，耗电量在棉纺设备中是大户。以前风机都采用电机恒速传动，调节风门的办法调节风量。这种调节方式虽然简单，但它是以增加管网损失，耗费大量能源为代价的。如采用“风机专用变频”来自动调速，就可以从根本上防止电能浪费，单从公式p/pe=(n/ne)3来算，其节约的电费就可想而知了。空调是棉纺厂离不开的首选设备，据某大公司提供的数据，今年12台空调使用变频后节电24余万元，空调用电年耗平均下降了7个百分点。

(3)变频器的使用，使原有的传动机构发生了一个质的飞跃，它变得既简单，又可靠。拿梳棉机道夫传动来讲，使用变频取消了减速箱，惯性飞轮，带电刷的电磁离合器及双速电机后，以前维修工最头痛、最繁忙的变速箱漏油问题、齿轮磨损调换问题、离合器失灵损坏问题，工艺变化调换“变产”齿轮问题已全不存在。变频器的使用，使维修工工作量急剧下降;维修备件仓库急剧萎缩;梳棉机的停台率直线下降;而产量、质量却直线上升。反之，产品的成本亦将成倍下降！

4变频器的通讯方式

变频器强大的通讯及软件功能几乎可与所有品牌的PLC、工业式触摸屏及工控机组成、灵活多变的数控系统(见图1)。

通过触摸屏或键盘对软件中的某些数据稍加改动就可适应新的棉纺工艺。例如在梳棉机上只要改变其“总牵伸比”，“刺棍速度”、“盖板速度”、“棉条重量”等参数，就可进行新产品试制。使用这种模式后，产品更新快，批量形成早，产品在国际市场上的高速反应能力大大提高，形成你有我有，你无我有的大好局面。

5交流变频调速方案的选择

设备的不同，电动机种类的不同，会出现多种不同的变频调速方案。这里只讨论三相鼠笼异步电动机的调速方案。

(1)开环控制的通用变频器调速系统控制框图见图2。图2中VVVF—通用变频器;M—异步电动机。

该方案结构简单，调速范围较宽，可靠性高，价格低廉。它基本能满足一般调速精度不十分高的场合。是目前棉纺行业较普遍使用的经济实惠型品种。其缺点是调速精度较低，一般为2%左右，且低速性能不够理想，转速会随负荷力矩而变动。目前广泛应用在风机、水泵、空调等一般要求不高的纺机上。

(2)无速度传感器的矢量控制变频调速系统控制框图如图3所示，图3中VVVF—矢量变频器。

由于矢量变频器可以分别对电动机的磁通和转距电流进行检测、控制，自动改变电压和频率，使指令值和检测实际值达到一致，从而实现了矢量控制。虽然它是开环控制系统，但是大大提升了静态精度和动态品质，转速精度可达5%。转速响应也较快。

在设备要求不是十分高的情况下，采用该方案是非常合适的，它可达到控制结构简单，可靠性又高的实效，该方案目前已在FA系列梳棉机上开始使用并获得比较理想的效果。

(3)带速度传感器矢量控制变频调速系统控制框图如图4所示。

矢量闭环变频调速是一种最为理想的控制方式，他类同于伺服、直流闭环调速，但性价比又大大优于两者。我厂已在FA218C梳棉机前后比例跟踪上成功使用该方案，效果非常理想。该方案具有以下优点:

(a)可以从零转速起进行速度控制，即甚低速亦能运行，调速范围可达100:1或1000:1。

(b)动态响应快，转速精度高。

(c)加速度特性好，抗负载突变能力强。

其缺点是:价格较贵，按装速度传感器必须与电机同轴，且增加了反馈环节，这些都给安装维护增加了一定技术难度。

因此对于转速精度要求不是特别高，负载变化不是十分剧烈的场合，建议选用开环矢量变频调速系统为好。

6对付变频干扰的对策

变频器内部由于存在IGBT等高速工作开关，故在电路中会出现分布电感和分布电容，他们之间的能量转换产生振荡现象，形成发射电磁波，从而产生高频(1GHZ左右)电磁噪声或电磁干扰，干扰严重时将会导致弱电设备如PLC、电子计数器、工控机等无法正常工作。为此必须采用相应措施:

(1)布线时，变频器主回路必须与信号回路垂直或离开20-30公分。

(2)信号线采用屏蔽线或者塑料绞合线，导线绞合后噪声信号的大部分会相互抵消。

(3)变频必须使用单独接地极，不能与其它动力设备接地相连。且两者相距最小为5米，更不能将变频接地连在零线上。

(4)频率参数设置应尽量小于5KHZ。

(5)时在变频器的输入、输出端安装变频专用滤波器。

7结论

随着变频技术的不断发展和价格的大幅跳水，其性价比和使用的方便性已在各种电机调速方案中独占鳌头。现在它已成为棉纺设备改造和新机设计的首选产品，其广阔前景将与日俱增。

参考文献

[1]变频器调速手册.兵器工业出版社

[2]变频器世界.京纺国际有限公司

[3]VFD-B台达变频使用手册

[4]制造业自动化.《制造业自动化》杂志社