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[摘 要]本文針對早期引進(jìn)的日本豐田噴氣織機(jī)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(shí)踐中成功地予以實(shí)施，解決了這類織機(jī)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(jì)80年代中期，噴氣織機(jī)在技術(shù)上進(jìn)入了成熟階段，并向高速、寬幅方面飛速發(fā)展。它以其獨(dú)特的技術(shù)特征、明顯的經(jīng)濟(jì)效益與適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，在無梭織機(jī)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(shí)也都選用噴氣織機(jī)。由于日本豐田JAT610與JAT710型噴氣織機(jī)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(jī)大量的引進(jìn)，織造的生產(chǎn)廠家在實(shí)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(shí)調(diào)速，合理的選擇車速。但是，國內(nèi)早期引進(jìn)的日本豐田JAT610與JAT710型噴氣織機(jī)在這個(gè)方面采取的方式是停機(jī)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，它既容易損壞整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，日后長期如此還容易危及整機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定與精度。相應(yīng)的講，也就是將會減少整機(jī)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(shí)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?yàn)殚L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(shí)間，有時(shí)也必須合理的適時(shí)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(jī)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(jī)上來解決這個(gè)問題。即利用這個(gè)專用變頻器加一個(gè)電位器的方法來取代原豐田噴氣織機(jī)低速時(shí)的5Hz低頻逆變電源，以便保證適時(shí)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(jī)的特點(diǎn)，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(gè)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(xiàng)技術(shù)TFX變頻器能顯著提升電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩而無需速度反饋。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：
a可以使用電機(jī)作為自身的傳感器。
b可以提高電機(jī)******轉(zhuǎn)矩至400％。
c速度估算器每秒計(jì)算電機(jī)速度40000次，對1480rpm的電機(jī)而言速度精度可達(dá)±2rpm；
d自辨識功能的提高，可以使電機(jī)控制性能做到保證減少調(diào)試時(shí)間。
e轉(zhuǎn)矩控制精度為5％。這樣100％負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的響應(yīng)時(shí)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(jī)保護(hù)和自身保護(hù)功能；
h集成的負(fù)載監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的負(fù)載和過程的保護(hù)；
2.2 TFX變頻器在豐田JAT610與JAT710型噴氣織機(jī)上的應(yīng)用分析
豐田噴氣織機(jī)是國內(nèi)使用較廣的噴氣織機(jī)之一，其中以JAT610／710常見。JAT710型僅是JAT610型的改進(jìn)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(dāng)?shù)氖袌觥４祟愋吞枃姎饪棛C(jī)的主軸和打緯，卷取等機(jī)構(gòu)采用一臺主電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)傳動，張力通過送經(jīng)機(jī)構(gòu)的伺服馬達(dá)控制。對使用一臺主電機(jī)的織機(jī)（送經(jīng)機(jī)構(gòu)可以有自己的電機(jī)來控制張力）由于織機(jī)本身的高負(fù)載特性及停車后打緯所需的高轉(zhuǎn)矩，主電機(jī)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(jī)械式或電子式送經(jīng)和／或卷取機(jī)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(jī)卷取輥的轉(zhuǎn)速。而點(diǎn)動低速時(shí)則采用低頻逆變電源供電，由于這類逆變電源容量設(shè)計(jì)和保護(hù)上并不充分，在電機(jī)堵轉(zhuǎn)或電機(jī)頻繁啟停時(shí)往往燒損，嚴(yán)重影響工作進(jìn)度，產(chǎn)品質(zhì)量和維護(hù)成本。并且由于時(shí)常需要更換皮帶輪和齒輪，不但需要大量的停工時(shí)間而且很容易損壞皮帶輪和齒輪進(jìn)而影響到傳動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定與精度。同時(shí)噴氣織機(jī)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(shí)是由一臺5Hz低頻逆變電源供電，正常行車時(shí)，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(jì)的改造方案僅僅針對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行，而不對原豐田織機(jī)的控制系統(tǒng)和控制程序進(jìn)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(yùn)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(diǎn)作為變頻器正向和反向信號，控制電機(jī)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(diǎn)并連作為變頻器的允許信號，此觸點(diǎn)閉合將控制電機(jī)啟動。逆變電源接觸器的另一個(gè)常開點(diǎn)作為頻率選擇信號，閉合時(shí)電機(jī)運(yùn)行在變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定的點(diǎn)動頻率（5Hz）上，電機(jī)以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，斷開時(shí)電機(jī)以電位器給出的速度參考信號運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)電位器就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速從而調(diào)節(jié)噴氣織機(jī)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(jī)采用了異步電機(jī)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(shí)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(yán)重。這是因?yàn)殡姍C(jī)本身不能調(diào)速，不能實(shí)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?yàn)楫惒诫姍C(jī)屬感性負(fù)載，在織造運(yùn)動中有時(shí)處于輕載運(yùn)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(jī)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(shí)電機(jī)的銅損減小，但鐵損無變化，因而電機(jī)效率下降。鐵損同電壓的平方成比例，所以輕載時(shí)如果使電壓降低則鐵損減小，因而效率就可以提高。
TFX紡機(jī)專用變頻器根據(jù)速度和負(fù)載的大小，調(diào)節(jié)電動機(jī)的供電電壓，使電機(jī)總是在最高效率點(diǎn)下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到節(jié)電目的。由電動機(jī)效率曲線可以知道，輕載時(shí)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(jī)同時(shí)使用變頻調(diào)速的方法后其節(jié)能效益會相當(dāng)顯著。
3.2 效率
原有噴氣織機(jī)在紡織工藝不同時(shí)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(shí)還造成了大量的停工時(shí)間。采用TFX紡機(jī)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(shí)間僅花費(fèi)在更換上了機(jī)織軸上。由于綜合了逆變電源的功能，與變頻器完善的電機(jī)保護(hù)和自身保護(hù)功能，這樣，它將整個(gè)系統(tǒng)的故障率降至最低，避免了逆變電源，電機(jī)燒損的現(xiàn)象。接觸器此時(shí)也不再用于電機(jī)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(jī)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(hù)的開支與修理停臺時(shí)間，并直接提高了織機(jī)的生產(chǎn)效率。
3.3 產(chǎn)品質(zhì)量
與主電機(jī)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?yàn)榭棛C(jī)停車后再起動時(shí)，第一緯的打緯力常因主軸還未達(dá)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(jī)采用超起動轉(zhuǎn)矩電動機(jī)，增強(qiáng)停車后開車的起動轉(zhuǎn)矩，結(jié)合送經(jīng)機(jī)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(dá)不到織物的質(zhì)量要求。因此噴氣織機(jī)通常采用是電動機(jī)在停車后起動時(shí)為三角形，起動后1～4緯或一定時(shí)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(jī)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(dá)400％同時(shí)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(jī)的變頻調(diào)速做足了準(zhǔn)備。
上面提到的電機(jī)直接起動，這個(gè)方法在解決了停車痕的同時(shí)也帶來另一個(gè)問題，就是對傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊，很容易造成傳動機(jī)構(gòu)齒輪，聯(lián)結(jié)頭的磨損致使噴氣織機(jī)在使用一段時(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)起動時(shí)受到的沖擊，從而進(jìn)一步延長了織機(jī)的使用壽命，降低了噴氣織機(jī)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(jī)構(gòu)的張力控制和打緯機(jī)構(gòu)來完成的。由于改造前不能進(jìn)行實(shí)時(shí)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(zhǔn)確的調(diào)整卷取速度，從而實(shí)現(xiàn)織物疏密的精確定位。
4 TFX紡機(jī)專用變頻器在噴氣織機(jī)的應(yīng)用前景
由于TFX紡機(jī)專用變頻器帶來了高起動和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩，使噴氣織機(jī)實(shí)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(shí)間試用，以及各種張力情況下的測式，TFX紡機(jī)專用變頻器完全滿足豐田噴氣織機(jī)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(yùn)成本。
經(jīng)試用證明，通過這項(xiàng)技術(shù)改造，不僅可以提高噴氣織機(jī)運(yùn)行的可靠性，減少現(xiàn)場維護(hù)量和更換產(chǎn)品上落軸的時(shí)間，同時(shí)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(jì)效益和社會效益都是巨大的。 |
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