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[摘 要]本文針對早期引進的日本豐田噴氣織機采用更換皮帶輪選速型式提出了變頻器選速的改造方案，并在實踐中成功地予以實施，解決了這類織機更換新品種需要頻繁試用皮帶輪選擇車速的現(xiàn)象。
[關(guān)鍵詞]選速；調(diào)速；低頻逆變電源；專用變頻器
1 問題的提出
上世紀80年代中期，噴氣織機在技術(shù)上進入了成熟階段，并向高速、寬幅方面飛速發(fā)展。它以其獨特的技術(shù)特征、明顯的經(jīng)濟效益與適應(yīng)性廣的特點，在無梭織機領(lǐng)域中占有特別重要的地位。許多棉紡織廠在生產(chǎn)普通棉織物或生產(chǎn)長絲類織物時也都選用噴氣織機。由于日本豐田JAT610與JAT710型噴氣織機的工作特性更能適合中國國情，在國內(nèi)紡織業(yè)界也就得到了特別的青睞。
隨著日本豐田JAT610與JAT710型噴氣織機大量的引進，織造的生產(chǎn)廠家在實踐中對它提出了更高的要求，即要求它能根據(jù)品種的變化適時調(diào)速，合理的選擇車速。但是，國內(nèi)早期引進的日本豐田JAT610與JAT710型噴氣織機在這個方面采取的方式是停機后更換相應(yīng)的皮帶輪。這樣，對于還處于摸索工藝的新品種來說就存在很大的不便。它的表現(xiàn)主要在于如下方面：
如果頻繁更換皮帶輪則費時費力，它既容易損壞整機機械結(jié)構(gòu)，日后長期如此還容易危及整機傳動機構(gòu)的穩(wěn)定與精度。相應(yīng)的講，也就是將會減少整機的壽命。如果不更換皮帶輪，其結(jié)果將首先反映在產(chǎn)品的質(zhì)量上。它將會出現(xiàn)大量不該出現(xiàn)的疵布，同時其工作效率低下；其次，反映在電控箱內(nèi)的5Hz低頻逆變電源方面會因為長期頻繁的啟停而早損。
另外在氣源壓力出現(xiàn)波動的情況下，為了不影響產(chǎn)品的供貨時間，有時也必須合理的適時調(diào)整車速。
2 改造的解決方案
為了能發(fā)揮豐田JAT-610／710噴氣織機工作特性的更大潛能，我們設(shè)想使用變頻器應(yīng)用于豐田JAT-610／710噴氣織機上來解決這個問題。即利用這個專用變頻器加一個電位器的方法來取代原豐田噴氣織機低速時的5Hz低頻逆變電源，以便保證適時合理的調(diào)速，解決提高織造的效率和質(zhì)量問題。
2.1 選擇專用變頻器
針對豐田JAT-610／710噴氣織機的特點，結(jié)合瑞典：Emotron公司TFX專用變頻器的優(yōu)勢，我們決定選擇瑞典Emotron公司的TFX變頻器作為這次改造方案用的替代品。這是基于該公司的TFX變頻器屬于直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器。其內(nèi)部內(nèi)置了兩個DSP可以采用精確的矢量控制器。另外其變頻器驅(qū)動技術(shù)是通過直接轉(zhuǎn)矩和磁通控制的，利用這項技術(shù)TFX變頻器能顯著提升電機的啟動轉(zhuǎn)矩而無需速度反饋。其主要特點表現(xiàn)在：
a可以使用電機作為自身的傳感器。
b可以提高電機******轉(zhuǎn)矩至400％。
c速度估算器每秒計算電機速度40000次，對1480rpm的電機而言速度精度可達±2rpm；
d自辨識功能的提高，可以使電機控制性能做到保證減少調(diào)試時間。
e轉(zhuǎn)矩控制精度為5％。這樣100％負載轉(zhuǎn)矩變化的響應(yīng)時間可以小于5ms。
f可編程I／0可以方便用于不同的應(yīng)用接口。
g具備完善的電機保護和自身保護功能；
h集成的負載監(jiān)控可以實現(xiàn)對電機的負載和過程的保護；
2.2 TFX變頻器在豐田JAT610與JAT710型噴氣織機上的應(yīng)用分析
豐田噴氣織機是國內(nèi)使用較廣的噴氣織機之一，其中以JAT610／710常見。JAT710型僅是JAT610型的改進型產(chǎn)品，因其有著較好性能和效率，所以在國內(nèi)占有相當?shù)氖袌觥４祟愋吞枃姎饪棛C的主軸和打緯，卷取等機構(gòu)采用一臺主電機通過傳動機構(gòu)傳動，張力通過送經(jīng)機構(gòu)的伺服馬達控制。對使用一臺主電機的織機（送經(jīng)機構(gòu)可以有自己的電機來控制張力）由于織機本身的高負載特性及停車后打緯所需的高轉(zhuǎn)矩，主電機一般采用三角形轉(zhuǎn)星形啟動的方式工作，在工頻下，張力通過機械式或電子式送經(jīng)和／或卷取機構(gòu)控制。對于不同織物的織造工藝要求只能通過更換皮帶輪，齒輪等調(diào)節(jié)傳動比的方法來調(diào)整噴氣織機卷取輥的轉(zhuǎn)速。而點動低速時則采用低頻逆變電源供電，由于這類逆變電源容量設(shè)計和保護上并不充分，在電機堵轉(zhuǎn)或電機頻繁啟停時往往燒損，嚴重影響工作進度，產(chǎn)品質(zhì)量和維護成本。并且由于時常需要更換皮帶輪和齒輪，不但需要大量的停工時間而且很容易損壞皮帶輪和齒輪進而影響到傳動機構(gòu)的穩(wěn)定與精度。同時噴氣織機還有不能連續(xù)調(diào)整速度，能量損耗等一系列影響生產(chǎn)的問題。它在打慢車時是由一臺5Hz低頻逆變電源供電，正常行車時，則是由工頻電源供電，卷取輥的轉(zhuǎn)速通過更換皮帶輪調(diào)整。
為此，我們設(shè)計的改造方案僅僅針對驅(qū)動系統(tǒng)進行，而不對原豐田織機的控制系統(tǒng)和控制程序進行任何的修改。這樣一來，選擇的驅(qū)動的變頻器必須滿足如下的要求：
a 5Hz能輸出400％的起動轉(zhuǎn)矩。
b 快速的低速和全速起動運行。
c 開環(huán)較高的速度精度和轉(zhuǎn)矩精度。
針對上述問題，使用瑞典Emotron公司的TFX變頻器改造后的接線圖如圖1：
改造后原正／反向接觸器的常開觸點作為變頻器正向和反向信號，控制電機的旋轉(zhuǎn)方向。逆變電源接觸器和工頻電源接觸器的常開觸點并連作為變頻器的允許信號，此觸點閉合將控制電機啟動。逆變電源接觸器的另一個常開點作為頻率選擇信號，閉合時電機運行在變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定的點動頻率（5Hz）上，電機以低速運轉(zhuǎn)，斷開時電機以電位器給出的速度參考信號運轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)電位器就可以實現(xiàn)電機的調(diào)速從而調(diào)節(jié)噴氣織機卷取輥的轉(zhuǎn)速。
功率：3.0kW
額定電壓：380V／420V
額定頻率：50Hz／60Hz
額定電流：7.4A／6.8A
額定轉(zhuǎn)速：1410rpm／1720rpm
3 效果
3.1 節(jié)能
南于這類噴氣織機采用了異步電機加皮帶輪、齒輪的驅(qū)動方式，其輸出端只能由皮帶輪和齒輪實現(xiàn)變速，這不僅不利于織物的松密度控制，而且其額外電能損耗也比較嚴重。這是因為電機本身不能調(diào)速，不能實現(xiàn)調(diào)速節(jié)能功能；其輸入端直接連到電網(wǎng)，對電網(wǎng)性能又會產(chǎn)生不良影響。因為異步電機屬感性負載，在織造運動中有時處于輕載運行狀態(tài)，功率因數(shù)很低，無功功耗較大，這會使電網(wǎng)性能變差，無功功率在電網(wǎng)上流動又會產(chǎn)生有功電能損耗，產(chǎn)生電能損耗。電動機的損耗，大部分是鐵損和銅損。在供電電壓一定的情況下，輕載時電機的銅損減小，但鐵損無變化，因而電機效率下降。鐵損同電壓的平方成比例，所以輕載時如果使電壓降低則鐵損減小，因而效率就可以提高。
TFX紡機專用變頻器根據(jù)速度和負載的大小，調(diào)節(jié)電動機的供電電壓，使電機總是在最高效率點下運轉(zhuǎn)，從而達到節(jié)電目的。由電動機效率曲線可以知道，輕載時效率由90％可能降到70％，經(jīng)變頻器調(diào)節(jié)電壓可以又恢復(fù)到90％，紡織廠上百臺織機同時使用變頻調(diào)速的方法后其節(jié)能效益會相當顯著。
3.2 效率
原有噴氣織機在紡織工藝不同時要求更換皮帶輪，在更換過程中，容易對皮帶輪產(chǎn)生變形和損壞，同時還造成了大量的停工時間。采用TFX紡機專用變頻器后，可以根據(jù)工藝的不同要求通過電位器直接調(diào)整卷取輥的轉(zhuǎn)速，停工時間僅花費在更換上了機織軸上。由于綜合了逆變電源的功能，與變頻器完善的電機保護和自身保護功能，這樣，它將整個系統(tǒng)的故障率降至最低，避免了逆變電源，電機燒損的現(xiàn)象。接觸器此時也不再用于電機的啟動與切換上，從而很大程度上延長了接觸器的使用壽命和使用效率。因此TFX紡機專用變頻器又在故障，器件壽命上為工廠節(jié)省了大量的維護的開支與修理停臺時間，并直接提高了織機的生產(chǎn)效率。
3.3 產(chǎn)品質(zhì)量
與主電機控制有關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量主要表現(xiàn)在停車痕和織物的疏密度上。停車痕的產(chǎn)生主要是因為織機停車后再起動時，第一緯的打緯力常因主軸還未達到正常速度而出現(xiàn)輕打緯，從而影響到織物的正常結(jié)構(gòu)。為此噴氣織機采用超起動轉(zhuǎn)矩電動機，增強停車后開車的起動轉(zhuǎn)矩，結(jié)合送經(jīng)機構(gòu)的反沖動作及織品的自動調(diào)整來避免停車橫檔疵的產(chǎn)生。但由于通常的變頻器******只能輸出200％的起動轉(zhuǎn)矩，達不到織物的質(zhì)量要求。因此噴氣織機通常采用是電動機在停車后起動時為三角形，起動后1～4緯或一定時間內(nèi)（可經(jīng)功能面板選擇確定）自動切換為星形重新恢復(fù)到正常狀態(tài)的辦法。TFX紡機專用變頻器在這方面很好解決了其它變頻器帶來的問題，其起動轉(zhuǎn)矩可高達400％同時結(jié)合起動速度的設(shè)定可以很好的解決這一問題，為以后噴氣織機的變頻調(diào)速做足了準備。
上面提到的電機直接起動，這個方法在解決了停車痕的同時也帶來另一個問題，就是對傳動機構(gòu)產(chǎn)生沖擊，很容易造成傳動機構(gòu)齒輪，聯(lián)結(jié)頭的磨損致使噴氣織機在使用一段時間后織物產(chǎn)生豁邊、云織等一系列影響織物質(zhì)量的問題。TFX紡機專用變頻器可以提供平滑的起動然后加速的過程，很大程度上減小傳動機構(gòu)起動時受到的沖擊，從而進一步延長了織機的使用壽命，降低了噴氣織機的織疵產(chǎn)生幾率。
織物的疏密度是根據(jù)紡織物不同的疏密工藝要求，通過卷取輥的轉(zhuǎn)速配合送經(jīng)機構(gòu)的張力控制和打緯機構(gòu)來完成的。由于改造前不能進行實時連續(xù)的轉(zhuǎn)速控制，只能通過更換皮帶輪和齒輪的辦法來改變卷取輥的轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速精度很難控制，采用變頻調(diào)速后，可以根據(jù)織物情況準確的調(diào)整卷取速度，從而實現(xiàn)織物疏密的精確定位。
4 TFX紡機專用變頻器在噴氣織機的應(yīng)用前景
由于TFX紡機專用變頻器帶來了高起動和運行轉(zhuǎn)矩，使噴氣織機實現(xiàn)變頻調(diào)速成為可能?，F(xiàn)經(jīng)過在江蘇多家紡織企業(yè)的長時間試用，以及各種張力情況下的測式，TFX紡機專用變頻器完全滿足豐田噴氣織機的性能要求，大大提高了紡織的效率和質(zhì)量，節(jié)約工廠的營運成本。
經(jīng)試用證明，通過這項技術(shù)改造，不僅可以提高噴氣織機運行的可靠性，減少現(xiàn)場維護量和更換產(chǎn)品上落軸的時間，同時還能節(jié)電，符合國家“十一五”的節(jié)能規(guī)劃，因此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益都是巨大的。 |
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