新型紡織機械專用變頻器T1000

姜軼琳， 鄧隱北

(1.義馬煤業新能源有限責任公司，河南三門峽 472300;2.河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450016)

0 引言

紡織機械大致可分為棉毛紡機械、化纖機械、織造機械、染整機械、針織機械、毛紡機械等。其工作過程中的工序包括:紗線的織造，紗線的加工(牽引、加捻、染色等)，制布、成衣(織布機、針織機)，搬運傳送等。值得注意的是，相應于各個工序的機械中，大多數都使用了變頻器。

紡織機械中，過去均采用無電刷、免維護的異步電動機，已形成可變速驅動的成熟技術。近年來，由于機械小型化、高精度、節能化等要求，采用永磁同步電動機的變頻器驅動不斷增加。而且，對紡織機械的驅動裝置而言，在對氣體、粉塵等的環境保護，橫向振擺功能，停電時斷紗處理功能等方面，還有其特殊的要求。

安川電機公司將原來帶變頻器驅動的紡織機械專用機型投放市場后，已獲得好評。這次又開發了進一步提高功能和性能、可實現小型化、高可靠性的紡機專用變頻器T1000V、T1000A。

本文對紡織機械的市場動向及安川公司研制的T1000變頻器有關的功能、性能予以介紹。

1 市場動向與熱衷研制的新產品

隨著亞洲紡織業的復蘇，紡織機械的需求已開始出現回暖。國際紡織業的絕大多數發貨量都擠向了亞洲地區。2009年，紡機進口前五位的國家和地區都集中在亞洲，占到全球紡機進口總額的56.62%，亞洲紡機市場未來三年發展勢頭強勁。2010年第一季度，意大利的紡織機械訂單增長41%，其中來自中國的訂單增長了110%，達到了7 000萬歐元;德國紡織機械今年第一季度的訂單增長了130%，預計德國紡織機械今年的銷售額將比去年增加30%～35%。

中國2010年第二季度紡機行業自動化產品市場規模超過8億元，同比增長46.8%，其中變頻器應用最多，超過40%。從以上數字和市場形勢可見，用于紡織機械中的變頻器，市場前景較樂觀。

紡機中的多種工序均適合用變頻驅動。所用變頻器的容量范圍從卷繞(繞線)機和滾筒驅動的200 W和400 W，到粗/細紗機主電動機的75 kW和90 kW，擠壓機的110 kW和160 kW。功率范圍相當廣闊。

驅動的電動機，使用了確保速度精度的永磁同步電動機和磁阻電動機等同步電機，以及帶速度檢測傳感器的異步電動機。應用同步電動機時，要特別注意起動電流沖擊和瞬時停電所采取的對策。

安川公司對紡織機械驅動裝置的致力研究，從晶閘管變頻器作為紡機專用設備投放市場的這一契機就已開始，其后，以小型通用的矢量控制型變頻器 VSmini V7，和高性能矢量控制變頻器Varispeed F7、G7等專用機型投入市場。最近，對變頻器的高附加價值化(高功能、高性能、小型、節能)的要求日益增長，積極開發了紡機專用的變頻器T1000V/T1000A。

2 T1000V和T1000A變頻器的開發

2.1 概 況

表1列出變頻器的容量;表2是追加的紡織機械專用的各種功能。

表1 變頻器的容量

T1000V主要用于化纖紡機，T1000A主要用于天然纖維紡機和備用機械。

表2 紡機專用的功能

2.2 功能及性能

(1)橫向振擺功能。紗線卷繞，在紡錘(紗錠)旋轉的同時，如圖1所示，需要通過紗線的左右振擺實現均勻的卷繞紗線。

圖1 橫向振擺功能

在紗線左右擺動的返回點，繞線管(卷繞紗線的筒狀物，Bobbin)的上面形成一所謂綾角的紗線角度。通常，這一綾角要盡可能大，也即，如形成直角時，紗線的卷繞狀態就良好。但是，在綾角一定的場合下，處于返回點的紗線會層狀的重疊，產生所謂的綾落現象(從繞線管的端面，紗線外落)。作為這一現象的對策，就是將橫向的擺動速度(往復運動速度)，作稍許周期的改變是有效的。因此，如圖2所示，把干擾信號加算到橫向振擺所設定的頻率上，并將這一合成的速度(頻率)，作為變頻器的輸出頻率來進行驅動。這一能改變變頻器輸出頻率的功能，就稱為橫向振擺功能。

圖2 藉加算干擾信號的橫向振動擺速度

在下面的工序中，對已卷好紗線的解除性要好，應予以重視。在改變速度特性曲線及速度比率等方面做了各種各樣的努力，并取得了良好效果。

由上位可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)形成的干擾信號，通過變頻器的運算、輸出，可實現系統的簡化和成本下降。

(2)瞬時停電的斷紗對策。紡紗機械基本上屬于連續作業。由于瞬時停電，變頻器停運涉及到全部設備的停止。變頻器的停止導致紗線斷頭現象發生，瞬時停電恢復供電后的再次運行所需時間越長，其產生的影響越大。對于變頻器來說，要求即使瞬時停電也能連續運轉。圖3所示為紡織機械的傳送線路(傳送帶)。圖4則為瞬時停電對策而采用的變頻器回路。在此回路中，檢測到瞬時停電的同時，利用KEB(動能后備)功能，可使電動機不自由運轉，迅速安全減速到停止。

圖3 紡織機械的傳送帶

圖4 瞬時停電對策的電路

圖5所示為變頻器單臺運轉時的時間圖表。圖6是使用多臺電動機的傳送帶，當其速度比率保持一定運轉時的時間圖表。

瞬間停電時，一旦輸入KEB指令就使電動機減速，利用該電動機減速時的再生能量，以主回路中直流母線電壓保持恒定的減速比率進行控制，使不成為低壓狀態，恢復供電后，再加速至設定的頻率。

圖5 變頻器單獨運轉時的時間圖標

圖6 傳遞帶速度比率一定的運轉時間圖表

(3)傳送帶速度同期的加減速。標準裝備了利用加減速增益功能的速度同期加減，如圖7所示，這是對多臺電動機驅動時，與頻率指令無關的以相同的加減速時間達到同期的功能。

圖7 傳遞帶速度同期加減速的例子

(4)同步電動機的同期投入。紡織機械用永磁同步電動機進行同期投入(選取電動機自由運轉時的速度)情況下，在原來機型Varispeed G7P中，電壓相位檢測回路與電壓檢測變壓器，均作為選件，需要連接在外部。在T1000A變頻器中是做成如圖8所示的標準裝備。因此，勿需添加選件，可使系統簡化，成本下降。

圖8 同步電動機的同期(投入)電路

3 結語

對紡紗機械專用變頻器T1000V和T1000A有關的功能、性能進行了介紹。按照紡紗機械的操作工況，從使用環境對機械設備提出的共同要求，以及個別機械的每一功能要求，研制成功的這種變頻器，具備紡機專用的各項特色功能和性能，是紡織機械領域市場潛力很大的變頻驅動新產品。

［1］任文利.變頻日記［J］.變頻技術應用，2010(5):38.