新型紡織機(jī)械專用變頻器T1000

姜軼琳， 鄧隱北

(1.義馬煤業(yè)新能源有限責(zé)任公司，河南三門(mén)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(jī)械大致可分為棉毛紡機(jī)械、化纖機(jī)械、織造機(jī)械、染整機(jī)械、針織機(jī)械、毛紡機(jī)械等。其工作過(guò)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(jī)、針織機(jī))，搬運(yùn)傳送等。值得注意的是，相應(yīng)于各個(gè)工序的機(jī)械中，大多數(shù)都使用了變頻器。

紡織機(jī)械中，過(guò)去均采用無(wú)電刷、免維護(hù)的異步電動(dòng)機(jī)，已形成可變速驅(qū)動(dòng)的成熟技術(shù)。近年來(lái)，由于機(jī)械小型化、高精度、節(jié)能化等要求，采用永磁同步電動(dòng)機(jī)的變頻器驅(qū)動(dòng)不斷增加。而且，對(duì)紡織機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置而言，在對(duì)氣體、粉塵等的環(huán)境保護(hù)，橫向振擺功能，停電時(shí)斷紗處理功能等方面，還有其特殊的要求。

安川電機(jī)公司將原來(lái)帶變頻器驅(qū)動(dòng)的紡織機(jī)械專用機(jī)型投放市場(chǎng)后，已獲得好評(píng)。這次又開(kāi)發(fā)了進(jìn)一步提高功能和性能、可實(shí)現(xiàn)小型化、高可靠性的紡機(jī)專用變頻器T1000V、T1000A。

本文對(duì)紡織機(jī)械的市場(chǎng)動(dòng)向及安川公司研制的T1000變頻器有關(guān)的功能、性能予以介紹。

1 市場(chǎng)動(dòng)向與熱衷研制的新產(chǎn)品

隨著亞洲紡織業(yè)的復(fù)蘇，紡織機(jī)械的需求已開(kāi)始出現(xiàn)回暖。國(guó)際紡織業(yè)的絕大多數(shù)發(fā)貨量都擠向了亞洲地區(qū)。2009年，紡機(jī)進(jìn)口前五位的國(guó)家和地區(qū)都集中在亞洲，占到全球紡機(jī)進(jìn)口總額的56.62%，亞洲紡機(jī)市場(chǎng)未來(lái)三年發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。2010年第一季度，意大利的紡織機(jī)械訂單增長(zhǎng)41%，其中來(lái)自中國(guó)的訂單增長(zhǎng)了110%，達(dá)到了7 000萬(wàn)歐元;德國(guó)紡織機(jī)械今年第一季度的訂單增長(zhǎng)了130%，預(yù)計(jì)德國(guó)紡織機(jī)械今年的銷(xiāo)售額將比去年增加30%～35%。

中國(guó)2010年第二季度紡機(jī)行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)8億元，同比增長(zhǎng)46.8%，其中變頻器應(yīng)用最多，超過(guò)40%。從以上數(shù)字和市場(chǎng)形勢(shì)可見(jiàn)，用于紡織機(jī)械中的變頻器，市場(chǎng)前景較樂(lè)觀。

紡機(jī)中的多種工序均適合用變頻驅(qū)動(dòng)。所用變頻器的容量范圍從卷繞(繞線)機(jī)和滾筒驅(qū)動(dòng)的200 W和400 W，到粗/細(xì)紗機(jī)主電動(dòng)機(jī)的75 kW和90 kW，擠壓機(jī)的110 kW和160 kW。功率范圍相當(dāng)廣闊。

驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，使用了確保速度精度的永磁同步電動(dòng)機(jī)和磁阻電動(dòng)機(jī)等同步電機(jī)，以及帶速度檢測(cè)傳感器的異步電動(dòng)機(jī)。應(yīng)用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，要特別注意起動(dòng)電流沖擊和瞬時(shí)停電所采取的對(duì)策。

安川公司對(duì)紡織機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的致力研究，從晶閘管變頻器作為紡機(jī)專用設(shè)備投放市場(chǎng)的這一契機(jī)就已開(kāi)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(jī)型投入市場(chǎng)。最近，對(duì)變頻器的高附加價(jià)值化(高功能、高性能、小型、節(jié)能)的要求日益增長(zhǎng)，積極開(kāi)發(fā)了紡機(jī)專用的變頻器T1000V/T1000A。

2 T1000V和T1000A變頻器的開(kāi)發(fā)

2.1 概 況

表1列出變頻器的容量;表2是追加的紡織機(jī)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(jī)，T1000A主要用于天然纖維紡機(jī)和備用機(jī)械。

表2 紡機(jī)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(zhuǎn)的同時(shí)，如圖1所示，需要通過(guò)紗線的左右振擺實(shí)現(xiàn)均勻的卷繞紗線。

圖1 橫向振擺功能

在紗線左右擺動(dòng)的返回點(diǎn)，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(shí)，紗線的卷繞狀態(tài)就良好。但是，在綾角一定的場(chǎng)合下，處于返回點(diǎn)的紗線會(huì)層狀的重疊，產(chǎn)生所謂的綾落現(xiàn)象(從繞線管的端面，紗線外落)。作為這一現(xiàn)象的對(duì)策，就是將橫向的擺動(dòng)速度(往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(hào)加算到橫向振擺所設(shè)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(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。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(hào)的橫向振動(dòng)擺速度

在下面的工序中，對(duì)已卷好紗線的解除性要好，應(yīng)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(hào)，通過(guò)變頻器的運(yùn)算、輸出，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和成本下降。

(2)瞬時(shí)停電的斷紗對(duì)策。紡紗機(jī)械基本上屬于連續(xù)作業(yè)。由于瞬時(shí)停電，變頻器停運(yùn)涉及到全部設(shè)備的停止。變頻器的停止導(dǎo)致紗線斷頭現(xiàn)象發(fā)生，瞬時(shí)停電恢復(fù)供電后的再次運(yùn)行所需時(shí)間越長(zhǎng)，其產(chǎn)生的影響越大。對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，要求即使瞬時(shí)停電也能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3所示為紡織機(jī)械的傳送線路(傳送帶)。圖4則為瞬時(shí)停電對(duì)策而采用的變頻器回路。在此回路中，檢測(cè)到瞬時(shí)停電的同時(shí)，利用KEB(動(dòng)能后備)功能，可使電動(dòng)機(jī)不自由運(yùn)轉(zhuǎn)，迅速安全減速到停止。

圖3 紡織機(jī)械的傳送帶

圖4 瞬時(shí)停電對(duì)策的電路

圖5所示為變頻器單臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)間圖表。圖6是使用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的傳送帶，當(dāng)其速度比率保持一定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)間圖表。

瞬間停電時(shí)，一旦輸入KEB指令就使電動(dòng)機(jī)減速，利用該電動(dòng)機(jī)減速時(shí)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(jìn)行控制，使不成為低壓狀態(tài)，恢復(fù)供電后，再加速至設(shè)定的頻率。

圖5 變頻器單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)間圖標(biāo)

圖6 傳遞帶速度比率一定的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間圖表

(3)傳送帶速度同期的加減速。標(biāo)準(zhǔn)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(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，與頻率指令無(wú)關(guān)的以相同的加減速時(shí)間達(dá)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(dòng)機(jī)的同期投入。紡織機(jī)械用永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同期投入(選取電動(dòng)機(jī)自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度)情況下，在原來(lái)機(jī)型Varispeed G7P中，電壓相位檢測(cè)回路與電壓檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)裝備。因此，勿需添加選件，可使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，成本下降。

圖8 同步電動(dòng)機(jī)的同期(投入)電路

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)紡紗機(jī)械專用變頻器T1000V和T1000A有關(guān)的功能、性能進(jìn)行了介紹。按照紡紗機(jī)械的操作工況，從使用環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備提出的共同要求，以及個(gè)別機(jī)械的每一功能要求，研制成功的這種變頻器，具備紡機(jī)專用的各項(xiàng)特色功能和性能，是紡織機(jī)械領(lǐng)域市場(chǎng)潛力很大的變頻驅(qū)動(dòng)新產(chǎn)品。

［1］任文利.變頻日記［J］.變頻技術(shù)應(yīng)用，2010(5):38.