纺织机械变频器

定义

    生产化学纤维的机械虽然包括多种化工机械，已被认为是纺织机械的延伸，属广义的纺织机械。把棉、麻、丝、毛等不同的纤维加工成纺织品所需要的工序不尽相同，有的甚至完全不同，所以需要的机器也各式各样、种类繁多。纺织机械通常按生产过程分类，包括：纺纱设备、织造设备、印染设备、整理设备、化学纤维抽丝设备、缫丝设备和无纺织布设备。纺纱设备又分为加工短纤维和加工长纤维两类。棉和棉型化纤属短纤维类，毛、麻、绢及其混纺化纤属长纤维类。两类纤维的加工工序不同，设备也不能通用，只不过某些机器的设计原理相近。即使同一类设备，机器的结构也相类似，但由于原料的性质和对织物的最终要求不同，一般也不能通用。

发展历史

    人类最初用天然纤维作原料纺纱织布，早于文字的发明（见世界纺织史、中国纺织史）。中国在春秋战国时已经使用手摇纺车纺纱，到了宋代已经发明了30多个锭子的水力大纺车。1769年英国人R.阿克赖特）（又译理查德·阿克莱特）制造水力纺纱机。1779年英国人S.克朗普顿（塞缪尔.克朗普顿）发明走锭纺纱机。传入美国后，1828年美国人J.索普发明环锭纺纱机，因采用连续纺纱使生产率提高数倍。中国战国时期的织机已经运用杠杆原理，以脚踏连杆带动综框完成开口动作。1733年英国人J.凯（又译约翰·凯伊）发明飞梭，打击梭子，使其高速飞行，织机生产率得以成倍提高。1785年英国人E.卡特赖特（又译艾德蒙特·卡特莱特）发明动力织机，同年英国建成世界上个用蒸汽机为动力的棉纺织厂，是纺织工业由工场手工业向大工业生产过渡的一个转折点。人类社会的进步和人口的增加，促进了纺织工业的发展，相应地推动了纺织机械的改进。能源改革（以蒸汽动力代替人力、畜力）则奠定了现代纺织机械的基础。

    19世纪末人造纤维问世，拓宽了纺织机械的领域，增添了化学纤维机械一个门类。人们对合成纤维需要的增长，推动合成纤维纺丝设备向大型化（纺丝螺杆直径达200毫米，单台纺丝机的日产量达到100吨）和高速化（纺丝速度达3000～4000米/分）方向发展。世界合成纤维工业发展最快的国家，几乎每5～6年就更新一次设备，机台数量在10年内就增长一倍。近20年的纺纱织造设备，为适应化学纤维纯纺或与天然纤维混纺作了不少局部改进，如扩大牵伸机构适纺纤维长度的范围、消除纤维上的静电等。在染整方面发展了高温高压染色设备、热定形设备、树脂整理设备以及松式整理设备等。

    人类用传统方法纺纱织布，已有6000多年的历史。至今根据传统原理设计的纺纱织布机器，仍是世界纺织工业的主要设备。但是50年代以来，已经创造出一些新的工艺方法，部分地取代了传统方法，以更高的效率生产纺织物，如转杯纺纱、无纺织布等。新的工艺方法孕育着新的纺织设备，新的纺织设备的成熟与推广，又促使纺织工业进一步向前发展。

主要相关产业

    纺织机械制造业分为两类：一类是制造整台机器的，另一类是制造专用零配件的（如锭子、摇架、钢领、钢丝圈、织针、针布、综丝、停经片等）。制造整台的纺织机械厂专用设备占全厂设备的比例不大，因此在一定条件下可以变换品种生产其他机械。制造专用零配件的工厂专用设备、专用流水线的比例较大（特别是织针、针布），变换品种比较困难。在各加工工种中，铸工比例在逐步缩小，冷冲压、磨削、电镀、抛光等所占比重在逐步增加。数控机床、多工位自动机床局部取代专用机床，使生产的适应性、灵活性增强。

    纺织机械的工艺性强，结构复杂、零件多，在出厂前都需要进行预装配或部分装配，然后进行生产试验或局部生产试验，以保证机器质量符合要求。纺织机械厂均设有设备完善的试验部门。

    纺织机械的零件种类繁多，如双针筒圆袜机零件达1200～1500种，零件的加工工序多种多样。如果一个工厂同时生产多种机器，则需妥善安排零件的生产节奏和前后衔接，保证最终在装配线上能如期提供整台机装配所需的零件品种和数量。现代纺织机械业多采用计算机、系统工程等新的管理手段和方法管理企业。

    纺织机械业与其他许多工业部门是相互依存和相互促进的。例如制造织针的钢材要求有较好的延伸性、韧性、必要的硬度、刚性和弹性，这就需要冶金工业为之冶炼轧制专用的钢材。纺织机械配套需要电机工业提供特殊功能的电动机，如力矩电机、步进电机；高起动转矩、高工作时间率、能耐受恶劣环境的纺织专用电机；调速性能良好的直流电机、变频电机等。要求电子电器工业提供经得起每年8000小时连续运转的优质元件、较复杂的自动控制装置及微处理机、微计算机。需要石油化学工业提供长期浸泡在润滑油脂中不变性变形并优于有色金属的耐油合成树脂，用以制做传动件、轴承和密封件等；还需要各种性能优良的工程塑料、增强塑料代替资源日益短缺的木材，或代替金属以减轻重量和惯性、提高抗腐蚀性、抗磨耗等性能。需要橡胶工业提供各种传动带、皮辊包覆材料、皮圈、各种缓冲零件等，还需要其他机械工业提供通用减速器、通用传动件、通用离合器、联轴节、制动器等机械零件。此外，为满足航天技术、汽车工业、兵器工业需要发展起来的新技术、新材料、新结构，如高精度、高转速滚动轴承、碳纤维增强塑料、微型压缩空气管路和阀件、液力转矩变换器、液力传动和射流技术等，也开始用于纺织机械以促进其高速化、高效化。

    中国纺织机械行业经过几十年的发展，有了很大进步。但与世界先进技术相比，还存在着一定的差距和一些较严重的问题。纺织机械总体技术水平低，产品自主开发和创新能力薄弱，研制开发资金投入不足。企业技改力度不够，制造技术落后。国内基础工业薄弱，基础配套件跟不上，影响到纺织机械产品的质量和机电一体化水平的提高。纺机产品开发缺少与工艺的有机配合，影响到纺机产品的使用效果。政策不配套，影响了国产纺机产品的竞争力。针对这些问题，中国纺机行业采取了一系列措施，大力发展纺机基础件设施，引进国外纺机技术，差别化发展战略，同时国家出台相应政策支持纺机的发展，取得了很好的成效。

    2008-2010年，随着世界和中国纺织业的迅速发展，对纺机的需求越大越来，中国纺机行业发展面临着很好的机遇。预计到2010年，受纺织机械升级的推动，中国纺织机械工业新产品产值率将由2005年的25%提高到2010年的50%；纺织机械产品的出口额将占到同期产值的30%以上；纺织机械工业装备全行业数控化率将达到10%以上，其中骨干重点企业将达到15%-20%；主要纺织机械产品的关键零件、新型专用基础件的精加工工序能力指数将达到1-1.25。因此，中国纺机行业发展空间是巨大的。

    纺织机械变频器主要分类

    >VLT? AutomationDrive FC 360

    >VLT? 2800 Series

    >VLT? AutomationDrive FC 300

    >VLT? Soft Starter MCD 500

    纺织机械变频器的主要应用原理

    1 交流变频调速的特点

    1.1 减少功耗、降低成本

    纺织厂离不开空调设备。当空调电机使用变频调速器控制后，降低了功耗，大大节省了用电支出。据某公司提供的数据，全年12台空调机可节电24余万元，空调用电单耗平均下降了6、7个百分点。

    1.2 简化了机构、提高了性能

    通过PLC可编程序控制器或工控机的控制，再经变频调速器实现多电机的同步协调运转。根据生产工艺曲线控制各机构的运动，进而简化了机构。比如粗纱机利用交流变频调速，去掉了锥轮变速机构，从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。

    而对于细纱机来说，由于利用变频调速器去掉了成形机构中的成形凸轮，进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃顶有冲击的现象。使得细纱卷形状良好，以便于下一道工序的高速退绕。同时利用变频调速器控制三十九组电机的变速来控制锭子的转数，使得细纱在大中小纱时转速在变化，以减少纱的断头率。

    2 交流变频技术的应用

    变频器控制的纺织机械中的交流电机主要分为两类。一类就是常用的Y系列交流异步电机。这种电机主要应用于调速精度要求不高、调速范围不大的纺机上。而另一类为交流变频调速专用异步电机。主要用于调速精度要求高、调速范围大的机器上。

    3 不同形式的变频器

    （1）用变频器开环控制异步电机调速称为V/F形式。这种方式电路简单、可靠，但调速范围在10：1范围以内，调速精度较低，为2%~5%，并且低速性能不理想，因此多用于针织机或要求不高的纺织机械上。

    （2）采用无速度传感器矢量控制变频器。具有优良的低速特性，电路结构简单，可靠性高，同时还具有较好的加减特性、转矩特性以及电流限制特性等。调速精度可达0.5%~1.0%，调速范围在20：1范围以内，较适合印染机械的调速等。

    （3）采用带速度反馈的矢量变频控制异步电机，闭环变频调速，又称交流伺服电机，调速范围可达100：1。为了提高变频器开关频率，应用功率绝缘栅双极型晶体管（IGBT）取代一般的大功率管（GTR）。可实现高频响应、高精度、智能化。适用于调速要求较高且恒张力、恒线速的分条整经机、浆纱机、热定型机以及化纤长丝纺纱设备等。

    在一些设备上，如巴马格高速的卷绕头以及DLENES高速的热辊等部件，将所需电气元件与变频器及控制面板与卷绕头机械部分合为一体，更是减少了体积，增强了可靠性。

    4 变频调速器在纺织中的应用实例

    变频调速器几乎应用于纺纱机械的各个工序，包括开清棉机、梳棉机、条卷机、精梳机、并条机以及粗纱机、细纱机和络筒机等。对于织造机械则有浆纱机、整经机等。另外针织机、无纺布、化纤机械、印染机械上也大量适用了交流变频调速器。下面重点介绍一下粗纱机和浆纱机。

    4.1 FA491高速悬粗纱机

    此种为我国开发出的新型粗纱机。采用工控机、PLC及变频器控制4台电机，分别转动锭翼、罗拉、简管及龙筋升降，去掉了锥轮变速装置、成型装置等，简化了机构。效率高、可靠性高，低噪音，便于操作及维护保养。工艺适应性好，减少断头。速可达标1500r/min，实现了人机对话、停车翼自动定位等新技术。是一种高水平的粗纱机。

    4.2 GA308型浆纱机

    本浆纱机为交流分布传动。其中上浆槽、下浆槽及烘筒为交流变频电机传动，而织轴及拖引辊为交流伺服变频电机单独传动。共适用了5台变频器、2台伺服控制器以及压力、温度、回潮率等传感器。由工控机和可编程序控制器PLC控制，构成了一分布控制系统。其中，PLC用来整机的动作，以及回潮率、烘房及浆槽的温度及压浆辊压力等参数控制。整机受工控机的控制，此机控制精度高，性能稳定，故障率低，是一种高质量、高水平的设备。