中心議題：

• 紡織行業(yè)對控制系統(tǒng)提出的要求
• 變頻器控制方式的對比
• 變頻調(diào)速在棉紡行業(yè)中的應(yīng)用

摘要：介紹了變頻調(diào)速控制方式在清梳聯(lián)電氣控制中的工藝適應(yīng)性、技術(shù)特點(diǎn)，簡單介紹了變頻調(diào)速幾種控制方式的優(yōu)勢，根據(jù)目前清梳聯(lián)所采用的控制說明了變頻調(diào)速在工藝調(diào)整、節(jié)能降耗等方面的具體應(yīng)用。

1、紡織行業(yè)對控制系統(tǒng)提出的要求

我國紡織行業(yè)國際化進(jìn)程正在加快，但是和國際水平還有一定的差距，隨著自動(dòng)化程度的提高，棉紗質(zhì)量競爭檔次的不斷提高已對棉紡設(shè)備提出了更多的要求：提高產(chǎn)量的同時(shí)保證穩(wěn)定性、提高和穩(wěn)定紗線質(zhì)量、節(jié)能降耗、適用多品種小批量生產(chǎn)等等。清梳聯(lián)系統(tǒng)作為前紡環(huán)節(jié)，質(zhì)量指標(biāo)的提升對最終的紗線質(zhì)量有很大的影響，成本的不斷增加使得很多紡織廠對成本、效能、電氣控制的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，以及工藝的適用性也提出了更高的要求。變頻控制、伺服控制等控制方法的出現(xiàn)為我們解決了這些問題的方法，伺服控制系統(tǒng)雖然控制精準(zhǔn)，但是成本過高。相對伺服控制來講變頻控制性價(jià)比比較高，這也是變頻控制在棉紡行業(yè)普遍應(yīng)用的原因。

2 、變頻器控制方式的對比

2.1  V/F（恒壓頻比）控制以及特點(diǎn)
V/F控制顧名思義，V/F控制就是保證輸出電壓跟頻率成正比的控制。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。V/F控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、機(jī)械特性硬度較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是低頻率時(shí)無法滿足電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的輸出并且V/F控制是使變頻器按照事先安排好的補(bǔ)償程度工作，不能隨負(fù)載的變化而改變。

2.2  VC（矢量）控制以及特點(diǎn)
矢量控制是通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。由于矢量控制可以使得變頻器根據(jù)頻率和負(fù)載情況實(shí)時(shí)的改變輸出頻率和電壓，因此其動(dòng)態(tài)性能相對完善。可以對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制；系統(tǒng)響應(yīng)快；調(diào)速范圍廣；加減速性能好等特點(diǎn)。在對轉(zhuǎn)矩控制要求高的場合，以其優(yōu)越的控制性能受到用戶的贊賞。其中矢量控制分為：無速度傳感器的矢量控制和矢量控制（閉環(huán)）兩種。

2.2.1 無速度傳感器的矢量控制
由于矢量變頻器可以分別對電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)距電流進(jìn)行檢測、控制，自動(dòng)改變電壓和頻率，使指令值和檢測實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了矢量控制。雖然它是開環(huán)控制系統(tǒng)，但是大大提升了靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，轉(zhuǎn)速精度可達(dá)5%。轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。在設(shè)備要求不是十分高的情況下，采用該方案是非常合適的，它可達(dá)到控制結(jié)構(gòu)簡單，可靠性又高的實(shí)效。圖1為無速度傳感器矢量控制的系統(tǒng)框圖：

圖1[page]

2.2.2矢量控制（閉環(huán)）
在前者控制方式下增加了反饋環(huán)節(jié)，矢量閉環(huán)變頻調(diào)速是一種最為理想的控制方式，他類同于伺服、直流閉環(huán)調(diào)速，但性價(jià)比又大大優(yōu)于兩者。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即甚低速亦能運(yùn)行，調(diào)速范圍可達(dá)100:1或1000:1；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速精度高；加速度特性好，抗負(fù)載突變能力強(qiáng)。其缺點(diǎn)是：價(jià)格較貴，安裝速度傳感器必須與電機(jī)同軸，且增加了反饋環(huán)節(jié)，這些都給安裝維護(hù)增加了一定技術(shù)難度。因此對于轉(zhuǎn)速精度要求不是特別高，負(fù)載變化不是十分劇烈的場合，建議選用開環(huán)矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)為好。圖2為矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖

圖2

3、變頻調(diào)速在棉紡行業(yè)中的應(yīng)用

3.1  工藝調(diào)整方面的應(yīng)用
1、錫林電機(jī)功率較大，啟動(dòng)電流非常大，變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)了錫林電機(jī)軟起動(dòng)、無大電流沖擊，延長電機(jī)、設(shè)備使用壽命；
2、道夫電機(jī)，大壓輥電機(jī)（三羅拉部分）變頻的使用，極大的方便了工藝的調(diào)整：如產(chǎn)量、工藝牽伸比、不同品種的適用性；
3、由于人工費(fèi)用的增加，越來越多的棉卷型梳棉機(jī)改造成棉箱形式，梳棉機(jī)后部給棉的控制提出了更高的要求，低速生頭時(shí)給棉電機(jī)在低頻狀態(tài)運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩的不足導(dǎo)致給棉羅拉的“打盹”現(xiàn)象以及從慢速生頭到快速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的意外牽伸及變速箱齒輪磨損產(chǎn)生的“打頓”使棉條重不勻及CV%嚴(yán)重超標(biāo)，往往使成紗等級大幅下降甚至成為不合格品。變頻調(diào)速的應(yīng)用使這些問題迎刃而解。
4、紡織市場向高產(chǎn)化，高質(zhì)化發(fā)展，矢量變頻控制在寬幅梳棉機(jī)的應(yīng)用既滿足了梳棉機(jī)低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩的要求，由于加減速性能良好，避免了提速時(shí)的意外牽伸對棉條造成的影響，同時(shí)在高速時(shí)也具有良好的動(dòng)態(tài)性能。

3.2  節(jié)能降耗
1、變頻器的應(yīng)用取消了減速箱，慣性飛輪，帶電刷的電磁離合器及雙速電機(jī)后，以前維修工最頭痛、最繁忙的變速箱漏油問題、齒輪磨損調(diào)換問題、離合器失靈損壞問題。由于多品種的原因，相應(yīng)的會(huì)有很多的工藝輪，部分工藝輪的減少在某種程度上為企業(yè)減少了成本。
2、風(fēng)機(jī)、空調(diào)變頻調(diào)速節(jié)能相當(dāng)可觀
由流體力學(xué)可知，風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速一次方成正比，壓力h與轉(zhuǎn)速的平方成正比;

式中:  —風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)(流)量； —風(fēng)機(jī)的額定壓力； —風(fēng)機(jī)的額定功率； —風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速                             
由式中可知，若風(fēng)機(jī)功率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)風(fēng)量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例下降，此時(shí)風(fēng)機(jī)的輸出功率是成立方關(guān)系下降。風(fēng)機(jī)在棉紡設(shè)備中應(yīng)用量大、面廣，其傳動(dòng)絕大部分為大功率交流電機(jī)，包括濾塵風(fēng)機(jī)以及單機(jī)風(fēng)機(jī)，耗電量在棉紡設(shè)備中是大戶。濾塵風(fēng)機(jī)一般通過更換皮帶輪的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，單機(jī)風(fēng)機(jī)通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的辦法調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單，但它是以增加管網(wǎng)損失，耗費(fèi)大量能源為代價(jià)的。如采用變頻調(diào)速就可以從根本上防止電能浪費(fèi)，單從公式（3.3）來算，其節(jié)約的電費(fèi)就可想而知了。空調(diào)是棉紡廠離不開的首選設(shè)備，變頻空調(diào)的使用使溫度波動(dòng)小，避免了空調(diào)的頻繁開停，延長了壓縮機(jī)的壽命，具有高效、節(jié)能的特點(diǎn)。同時(shí)避免了頻繁啟動(dòng)對電機(jī)和電網(wǎng)的損害。并保證了車間溫濕度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，為確保紗線質(zhì)量提供了前提條件。

4、結(jié)語

通過控制方式的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性，以及在清梳聯(lián)中的應(yīng)用，驗(yàn)證了變頻調(diào)速在清梳聯(lián)工藝調(diào)整、節(jié)能降耗等方面的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：
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