交流變頻調速技術在化纖設備中的推廣應用

　　摘 要： 本文論述交流變頻調速技術其具有的優(yōu)點，在科技飛速發(fā)展中得到迅速的普及推廣，介紹其在化纖設備中推廣前景、必要性，應用中表現(xiàn)出的良好性能，認及在粘膠制造過程中產生的巨大經濟效益。
　　關鍵詞： 交流變頻調速技術 電力電子學 無級調速 化纖設備 擺線針
　　
　　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，機電一體化等電子技術更多地取代傳統(tǒng)的機械結構，提高紡絲機整機的可靠性，提高產品質量和設備的自動化程度，擴大品種的適應性，使用操縱方便。各廠家也投資改造老式機械設備。其中有一個采用較多的技術——交流變頻調速技術。
　　一、交流變頻調速技術的優(yōu)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(jù)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。電力電子學是使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：
　　1.可以使普通異步電動機實現(xiàn)無級調速。
　　2.啟動電流小，減少電源設備容量。
　　3.啟動平滑，消除機械的沖擊力，保護機械設備。
　　4.對電機具有保護功能，降低電機的維修費用。
　　5.具有顯著的節(jié)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(xiàn)代電氣傳動的發(fā)展方向。變頻調速在調頻范圍、靜態(tài)精度、動態(tài)品質、系統(tǒng)效率、完善的保護功能、容易實現(xiàn)自動控制和過程控制等諸方面是以往的調壓調速、變極調速、串級調速、滑差調速和液力耦合器調速等無法比擬的。它是公認的交流電動機最理想最有前途的調速方案，代表今后電氣傳動的發(fā)展方向。
　　二、變頻技術在設備中推廣應用的必要性
　　工藝流程中要求設備的電氣傳動穩(wěn)定，點動、啟動及升降速都應平滑實現(xiàn)，這樣才能使產品質量穩(wěn)定、均勻。在化纖設備的傳動系統(tǒng)中，都是由皮帶、聯(lián)軸器、鏈條與齒輪來承擔，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、鏈條打滑，齒輪沖擊等現(xiàn)象。在機械傳動輪系中，齒輪越多，造成齒輪損傷的概率就越大，應用交流變頻技術就能夠很好地解決平滑啟動，消除機械啟動時的沖擊力，實現(xiàn)無級調速，減少傳動中間環(huán)節(jié)、變速裝置數(shù)量，降低維護檢修工作量和維修費用，滿足生產工藝要求，提高粘膠質量。應用此技術在生產條件變化的情況時，不需改變牙齒、皮帶輪或人工憑經驗調整無級變速器，設備工藝轉速的改變只需通過變頻設定就可完成。近三十多年來變頻調速已在鋼鐵、冶金、石油、化工、紡織、化纖、輕工、造紙、橡膠、塑料、電力、水務等行業(yè)中得到廣泛應用。低壓電動機變頻調速應用已非常普及和成熟。高壓電動機變頻調速也正在被人們關注和逐步應用。交流電動機變頻調速除了有卓越的調速性能之外，還有顯著的節(jié)約電能和保護環(huán)境等重大作用，是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速裝置。
　　三、交流變頻技術在化纖設備中的應用
　　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，F(xiàn)A201B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(jù)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，還可根據(jù)不同品種的需要，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。
　　2.交流變頻調速在壓榨機中的應用。
　　壓榨機老式機械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地存在著一些缺陷。如R051型壓榨機傳動系統(tǒng)中的無級變速器由于故障率較高，經常造成丟轉，甚至導致系統(tǒng)停車，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。為避免這種現(xiàn)象，用不當?shù)牟僮鬓k法來彌補設備缺陷，同樣是不可取的。為了使壓榨機達到可調速的目的，在機械傳動中設計了無級變速器，蝸輪箱，用機械的手段來實現(xiàn)。這一設計雖然能夠實現(xiàn)無級調速，但存在著傳動中間環(huán)節(jié)多，設備結構復雜，維護檢修工作量大、費用高，運行穩(wěn)定性較弱、故障率較高等缺點。采用了交流變頻調速加擺線針減速箱減速，從而實現(xiàn)了升、降速平滑，轉速穩(wěn)定，壓輥轉速的任意調節(jié)，為老式機械改造提供一個好的范例。對R051老式機械進行交流變頻調速改造，不但能夠提高設備性能，運行的穩(wěn)定性，降低故障停機，降低維護檢修的工作量及維修費用，而且減輕了其他零部件因變速不穩(wěn)定造成的損害，還能提高生產效率與產品質量，可靠地保障了工藝生產的連續(xù)穩(wěn)定。
　　3.變頻調速在空調中的應用使節(jié)能顯著。
　　在空調風機控制中應用，可根據(jù)車間環(huán)境條件對風機進行無級調速，擴大了調節(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。在水泵控制應用中，可根據(jù)水量調整供水水泵轉速，實現(xiàn)節(jié)能同時也實現(xiàn)了接近恒壓供水。
　　變頻調速是風機、水泵節(jié)能的最佳方案。根據(jù)流體理論，離心式風機水泵的軸功率是轉速的三次方函數(shù)關系。當轉速降低后，其消耗功率會大幅下降，例如50%轉速時，軸機械功率僅為12.5%。當然不同的調速方案的效率相差很大，滑差后液力調速裝置效率不高，η≈（1—S），在50%轉速時，η≈50%，而變頻調速器效率，效率因數(shù)高，η≈95%—98%，而且近似不變。所以在諸多調速方案中變頻調速節(jié)能效益最佳，理應為首選方案。
　　舉例：同一風機水泵，100%轉速流量時，軸功率為100%；50%轉速流量時，軸功率降為50%。
　　若采用擋板，閥門控制到50%流量，仍需從電網吸入70—80%的功率；若采用滑差低效調速到50%，則需從電網吸入≈25%的功率；若采用變頻高效調速到50%流量，僅需從電網吸入10%功率。
　　現(xiàn)如今更應該在大容量高壓電動機驅動的風機水泵和壓縮機上推廣應用高壓變頻調速節(jié)能。理由很簡單，在節(jié)電率百分比相同的情況下裝機容量愈大，其絕對節(jié)電量也愈大。
　　四、交流變頻調速技術在化纖設備上推廣應用的可行性
　　交流變頻調速技術在新型化纖設備中已比較廣泛。目前我公司服役的化纖設備中推廣應用的較少。棉紡織技術雜志閻磊主編曾在《我國紡織工業(yè)技術進步的思考與建議》［2000.1］一文中提到采用高新技術改造傳統(tǒng)紡織設備問題，現(xiàn)我公司所使用的設備大都是七、八十年代設計生產的設備，這些設備從機械狀態(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。
　　五、結論
　　交流變頻調速技術在化纖設備上的應用是必要的，對傳統(tǒng)的化纖設備推廣應用也是可行的。
　　現(xiàn)正在服役的化纖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設計出產的，但是這一新技術還未得到應用；二是近年來化纖行業(yè)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。但隨著社會的進步，技術的發(fā)展和加入WTO，就必須提高現(xiàn)有化纖設備的裝備水平，增加技術含量，提高在國際市場上的競爭力。