近年來隨著紡織機械、機電一體化技術(shù)水平的不斷提高和紡織行業(yè)的特點，對紡織品的要求不斷更新，基于諸多的原因，對紡織設(shè)備提出了較高的要求。近10年來在激烈的市場競爭中，國內(nèi)外紡機廠商采用PLC控制，變頻調(diào)速，機電一體化等以電子技術(shù)更多的取代傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，提高紡機整機的可靠性、紡制質(zhì)量和自動化程度，擴大品種的適應(yīng)性，使用操縱簡便。各紡織廠家也投資改造老設(shè)備。交流變頻調(diào)速技術(shù)就是被采用較多的技術(shù)，在大多數(shù)新開發(fā)的紡織機械產(chǎn)品中幾乎無一例外地應(yīng)用了變頻器。
一、交流變頻調(diào)速的特點
1、減少功耗，降低成本
紡織廠離不開空調(diào)設(shè)備,當空調(diào)電機使用變頻調(diào)速器控制后，可根據(jù)車間環(huán)境條件對風機進行無級調(diào)速，擴大了調(diào)節(jié)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(jié)電效果，高達60%左右；在水泵控制應(yīng)用中可根據(jù)水量調(diào)整供水水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能同時也實現(xiàn)了接近恒壓供水。以上兩個主要耗能設(shè)備應(yīng)用變頻調(diào)速降低了功耗，大大節(jié)省了用電支出。普傳科技公司對其中一個客戶使用情況進行了測試，全年12臺空調(diào)機可節(jié)電24余萬元，空調(diào)用電單耗平均下降了6、7個百分點。
2、簡化了機構(gòu)、提高了性能
通過PLC可編程序控制器或工控機的控制，再經(jīng)變頻器實現(xiàn)多電機的同步協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。根據(jù)生產(chǎn)工藝曲線控制各機構(gòu)的運動，進而簡化了機構(gòu)。比如粗紗機利用變頻調(diào)速，去掉了錐輪變速機構(gòu)，從而克服了錐輪變速皮帶打滑變速不準的問題。
而對于細紗機來說，由于利用變頻器去掉了成形機構(gòu)中的成形凸輪，進而克服了由于成形凸輪所造成的桃底有停頓、桃頂有沖擊的現(xiàn)象。使得細紗卷形狀良好。以便于下一道工序的高速退繞。同時利用變頻器控制三十九主電機的變速來控制錠子的轉(zhuǎn)數(shù)，使得細紗在大中小紗時轉(zhuǎn)速在變化，減少紗的斷頭率。
交流變頻調(diào)速技術(shù)在新型國產(chǎn)棉紡織設(shè)備中已比較廣泛。目前服役的棉紡織設(shè)備中推廣應(yīng)用的極少 。現(xiàn)棉紡織企業(yè)所使用的設(shè)備大都是七、八十年代生產(chǎn)的設(shè)備，這些設(shè)備從機械狀態(tài)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(shè)備實施變頻技術(shù)改造為例。一個5萬錠生產(chǎn)規(guī)模的棉紡企業(yè)，梳棉工序配置80臺左右設(shè)備，粗紗工序配置20臺左右設(shè)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(shù)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(jié)約近1000元，它有效保護道夫電機，道夫傳動輪系，降低故障率，減少維修費用，這樣每單臺可節(jié)約材料費用1200元，80臺就可節(jié)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%。
二、交流變頻技術(shù)的應(yīng)用
變頻器控制的紡織機械涉及的交流電機主要分為兩類：一類就是常用的Y系列的交流異步電機，這種電機主要應(yīng)用于調(diào)速精度要求不高、調(diào)速范圍不大的紡機上；而另一類為交流變頻調(diào)速專用異步電機；主要用于調(diào)速精度要求高、調(diào)速范圍大的機器上。
下面介紹一下應(yīng)用于紡織機械的普傳科技不同系列的變頻器。
1、PI168系列變頻器：用變頻器開環(huán)控制異步電機調(diào)速稱為V/F形式。這種方式電路簡單、可靠。但調(diào)速范圍在10：1范圍以內(nèi)，調(diào)速精度較低2%~5%，并且低速性能不理想。因此多用于針織機或要求不高的紡織機械上。
2、PI7000系列高性能變頻器：采用無速度傳感器矢量控制變頻器。其有優(yōu)良的低速特性。電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。同時還具有較好的加減特性、轉(zhuǎn)矩特性以及電流限制特性等。調(diào)速精度可達0.5%~1.0%。調(diào)速范圍在20：1范圍以內(nèi)。適合印染機械的調(diào)速等。
3、PI7000S變頻器采用帶速度反饋的矢量變頻控制異步電機，閉環(huán)變頻調(diào)速，調(diào)速范圍可達100：1?？蓪崿F(xiàn)高頻響應(yīng)、高精度、智能化。適用于調(diào)速要求較高且恒張力、恒線速的分條整經(jīng)機、漿紗機、熱定型機以及化纖長絲紡紗設(shè)備等。
三、變頻調(diào)速器在紡織機械中的應(yīng)用實例
變頻器應(yīng)用于紡紗機械中，可以說幾乎各個工序的機械上都應(yīng)用了。包括開清棉機、梳棉機、條卷機、精梳機、并條機以及粗紗機、細紗機和洛簡機等。對于織造機械則有漿紗機、整經(jīng)機等。另外針織機、無紡布、化纖機械、印染機械上也大量適用了變頻器。
1、粗紗機
粗紗機的筒管卷繞與前羅拉的轉(zhuǎn)速在開停時容易產(chǎn)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(jié)，為了減少粗細節(jié)的產(chǎn)生，在粗紗機傳動設(shè)計有電抗器，時間繼電器加電磁離合器，統(tǒng)稱為防細節(jié)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(tài)，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(xù)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(chǎn)生過度張力。
此種防細節(jié)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(jié)束后通過時間繼電器將電抗器短接，使電動機恢復(fù)三相平衡狀態(tài)，投入正常運行。如果時間繼電器一旦出現(xiàn)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(diào)節(jié)來實現(xiàn)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(jié)裝置，在實際生產(chǎn)中能保持的很少，粗紗的防細節(jié)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(shù)。使這一工藝難題得以解決。經(jīng)對FA491型粗紗機改造前后成紗質(zhì)量測試，啟動段粗紗條干CV%下降2-3%，粗紗粗細節(jié)下降90%以上。
FA491高速懸粗紗機為我國近年來開發(fā)出的新型粗紗機。采用工控機、PLC及變頻器控制4臺電機，分別轉(zhuǎn)動錠翼、羅拉、簡管及龍筋升降，去掉了錐輪變速裝置、成型裝置等，簡化了機構(gòu)。效率高、可靠性高，低噪音，便于操作及維護保養(yǎng)。工藝適應(yīng)性好，減少斷頭。最高速可達標1500rpm，實現(xiàn)了人機對話、停車與自動定位等新技術(shù)。是一種高水平的粗紗機。
2、漿紗機
變頻調(diào)速在漿紗機上的應(yīng)用，減少了機械結(jié)構(gòu)和電機。在G142系列漿紗老機改造中采用交流變頻調(diào)速，減少原設(shè)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(diào)速，為車速變化調(diào)整壓力，實現(xiàn)漿紗上漿率均衡提供了條件。
GA308型漿紗機為交流分布傳動。其中上漿槽、下漿槽及烘筒為交流變頻電機傳動，而織軸及拖引輥為交流伺服變頻電機單獨傳動。共適用了5臺變頻器、2臺伺服控制器以及壓力、溫度、回潮率等傳感器。由工控機和可編程序控制器PLC控制。構(gòu)成了一分布控制系統(tǒng)。其中PLC用來整機的動作以及回潮率、烘房及漿槽的溫度及壓漿輥壓力等參數(shù)控制。整機受工控機的控制。此機控制精度高，性能穩(wěn)定，故障率低，是一種高質(zhì)量、高水平的設(shè)備。
3、棉紡織設(shè)備中應(yīng)用
紡紗工藝流程中要求加工設(shè)備的電氣傳動穩(wěn)定，點動、啟動及升降速都應(yīng)平滑實現(xiàn)，這樣才能使纖維的牽伸均勻，降低重量不勻和條干CV值。在棉紡設(shè)備的傳動系統(tǒng)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(xiàn)皮帶打滑，齒輪沖擊等現(xiàn)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(yīng)用交流變頻技術(shù)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(xiàn)無級調(diào)速，滿足生產(chǎn)工藝要求，提高成紗質(zhì)量。應(yīng)用此技術(shù)在紗支品種變化的 情況時，不需改變牙齒或皮帶輪，設(shè)備工藝轉(zhuǎn)速的改變只需通過變頻設(shè)定就可完成。
梳棉機老機在設(shè)計方面由于受到當時的技術(shù)條件、設(shè)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(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經(jīng)常造成停臺，不時出火警，給生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)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(yè)慣性輪 電磁離合器被棄用。這樣在道夫慢轉(zhuǎn)快的過程中產(chǎn)生細條，嚴重時出現(xiàn)破邊，棉網(wǎng)拉斷的現(xiàn)象影響生條質(zhì)量。有的企業(yè)為避免這種現(xiàn)象，用不當?shù)牟僮鬓k法來彌補以上設(shè)備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。
改善梳棉機運行狀態(tài)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(shè)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(xiàn)。A186E、A186F、FA201梳棉機設(shè)計中又增加了電動機的星-三角轉(zhuǎn)換這一控制環(huán)節(jié)，從而進一
步改善了升、降速斜率。FA201B、FA212梳棉機采用了交流變頻調(diào)速，從而實現(xiàn)了道夫升速斜率的任意調(diào)節(jié)，道夫工藝轉(zhuǎn)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(diào)速改造，不但提高設(shè)備性能，降低故障停臺。還能提高生產(chǎn)效率與生條質(zhì)量。
結(jié)束語
交流變頻調(diào)速技術(shù)在紡織設(shè)備上的應(yīng)用是必要的，對傳統(tǒng)的紡織設(shè)備推廣應(yīng)用也是可行的。
我國紡織業(yè)國際化邁進的進程正在加快。但與國際先進水平比還有很大的差距，為了縮小差距，我們應(yīng)在紡織機械的機電一體化的水平上不斷提高，把交流變頻技術(shù)更好地應(yīng)用于紡織機械的控制之中，要不斷開發(fā)有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高質(zhì)量、高水平的變頻器以及交流伺服電機控制器，積極推廣智能化技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，通過數(shù)顯儀表及觸摸屏實現(xiàn)人機對話。
