變頻調(diào)速技術(shù)在滌綸長(zhǎng)絲紡絲設(shè)備中的應(yīng)用

1、變頻調(diào)速技術(shù)在滌綸長(zhǎng)絲紡絲設(shè)備中的應(yīng)用1引言一般化纖絲的生產(chǎn)規(guī)模不大，無疑是采用間接紡，主要設(shè)備流程為：從原料（切片）一螺桿擠壓機(jī)一過濾器-熔體分配管-紡絲箱（含紡絲泵、噴絲板組件等）-冷卻吹風(fēng)-卷繞機(jī)（含上油、吸咀、導(dǎo)絲盤、熱牽伸輻（以下簡(jiǎn)稱熱輻）和卷繞頭等。由于過濾器、熔體分配管和冷卻吹風(fēng)等單元機(jī)的電氣控制簡(jiǎn)單，本文不作介紹。滌綸長(zhǎng)絲高速紡絲機(jī)全機(jī)部位數(shù)有2、4、6、8、12、16等不等，每個(gè)紡絲部位紡絲頭數(shù)有8、10、12、16等不等，每位配有48臺(tái)紡絲計(jì)量泵，紡絲卷繞速度為2500-4000m/min（PO修）或3500-6000m/min（FDY絲），配用螺桿直徑為60至160mm等

2、，最大卷繞尺寸420X250mm2螺桿擠壓機(jī)螺桿擠壓機(jī)是熔融法切片紡絲設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是輸送、熔融和混煉高分子聚合物，并將熔體送出，使其達(dá)到紡絲工藝要求，螺桿擠壓機(jī)控制的最終參數(shù)不是螺桿轉(zhuǎn)速而是螺桿出口熔體壓力，因此，該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是熔體壓力控制系統(tǒng)。螺桿擠壓機(jī)現(xiàn)均采用交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速、電動(dòng)機(jī)的容量取決于螺桿的直徑和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，例如螺桿直徑為45mm運(yùn)轉(zhuǎn)速度為20-100r/min,電動(dòng)機(jī)功率為15kW而螺桿直徑為200mm運(yùn)轉(zhuǎn)速度為20-50r/min,電動(dòng)機(jī)功率為150kW.螺桿擠壓機(jī)壓力控制系統(tǒng)原理框圖如圖1。H一電切松11圖1螺桿壓力控制系統(tǒng)方框圖壓力變送器安裝于螺桿出

3、口處，它將溶體壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器由CPLB處理器等組成數(shù)字式調(diào)節(jié)器，壓力信號(hào)（電流信號(hào)）在調(diào)節(jié)器中與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，若其差值為零，則調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)不變，變頻器輸出頻率不變，若比較后的差值信號(hào)為正或負(fù)，則調(diào)節(jié)器將對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率和螺桿轉(zhuǎn)速，使熔體壓力維持不變。3紡絲箱紡絲箱體是將置于其中的熔體分配管、載止閥、紡絲泵、紡絲組件進(jìn)行保溫用的密封箱體。紡絲泵（計(jì)量泵）一般均采用齒輪泵作為計(jì)量泵，常稱為紡絲泵，紡絲泵主要是將熔體增壓，連續(xù)定量地送至噴絲板組件，通過噴絲板微孔噴成絲束。紡絲泵通常采用永磁同步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，變頻同步調(diào)速，其調(diào)速方式通常

4、有兩種，其一是，一臺(tái)大功率變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，可以保證各臺(tái)紡絲泵嚴(yán)格同步運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖2（A）,而電動(dòng)機(jī)可逐臺(tái)起動(dòng)或分組起動(dòng)，該電路簡(jiǎn)單、控制方便，造價(jià)較低，但變頻器容量需放大，各紡絲泵轉(zhuǎn)速一致，適合紡制同一規(guī)格的絲。其二是每臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)用一臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng)，各臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)可以調(diào)至同步運(yùn)轉(zhuǎn)，也可分別設(shè)定其運(yùn)行頻率，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)以不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖2（B）,適用于紡絲位數(shù)較少的（例如二位紡絲機(jī)）用于新產(chǎn)品的開發(fā)試驗(yàn)。該電路使用變頻器數(shù)量較多，造價(jià)較高，且多臺(tái)變頻器輸出頻率有離散性，為達(dá)到轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，需增設(shè)串行通信接口，然而各變頻器可以軟起動(dòng)，變頻器容量基本與電動(dòng)機(jī)容量相同，無需放大，當(dāng)某一

5、電動(dòng)機(jī)或有關(guān)機(jī)械出故障時(shí)，只需停止出故障的紡絲位（頭），而不會(huì)造成紡絲機(jī)停機(jī)產(chǎn)生的浪費(fèi)，而且每臺(tái)變頻器可分別設(shè)定其運(yùn)行頻率，這樣一臺(tái)紡絲機(jī)可同時(shí)紡出多種不同規(guī)格的POY絲。原理框圖原理框圖4卷繞機(jī)卷繞機(jī)根據(jù)所紡纖維的品種（如POY絲、FDY絲、工業(yè)絲等），規(guī)格不同而有多種型式，通常卷繞機(jī)由機(jī)架、上油裝置、切絲器、吸咀、導(dǎo)絲盤、熱牽伸輻、網(wǎng)絡(luò)噴咀、卷繞頭等根據(jù)功能需要選擇組成。其中有電氣傳動(dòng)的單元有上油裝置、熱牽伸輻（以下簡(jiǎn)稱熱輻）和卷繞頭等。4.1 上油裝置上油裝置用于對(duì)加工中的絲纖維施加一定量的合纖油劑，以利于后續(xù)加工，減少靜電，使纖維具有一定的柔軟性，平滑性和抗靜電性等。上油方式有多種，一

6、般采用油咀或狹縫式或油盤園周溢流式上油，紡絲油劑由小型計(jì)量泵定量連續(xù)不斷地輸送到注油口，絲束通過注油口時(shí)能獲得足夠的油量。每臺(tái)計(jì)量泵由單獨(dú)交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻器統(tǒng)一供電，變頻調(diào)速。4.2 熱輻熱輻通常用于高速紡絲（FDY絲等）或工業(yè)長(zhǎng)絲等設(shè)備，一般由永磁同步電動(dòng)機(jī)或交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速。熱輻外殼被加熱，使絲束在熱狀態(tài)下進(jìn)行牽伸，熱輻軸向表面各點(diǎn)溫度應(yīng)均勻，并被控制在工藝所需的溫度范圍內(nèi)。熱輻的加熱可以是電熱絲加熱（目前很少用），也可以是電磁感應(yīng)加熱，此時(shí)，熱輻殼體作為次級(jí)線圈而被感應(yīng)加熱。因熱輻是旋轉(zhuǎn)體，故一般采用非接觸式測(cè)溫，表面最高溫度為250C,溫控精度為0土1.5C,調(diào)節(jié)各

7、熱輻的溫度，可得到不同強(qiáng)度，伸長(zhǎng)和熱收縮率的絲。（1）工業(yè)長(zhǎng)絲設(shè)備中的熱輻滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲具有模量高，強(qiáng)度大，伸長(zhǎng)小，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，是產(chǎn)業(yè)用紡織品的理想材料，工業(yè)長(zhǎng)絲的生產(chǎn)目前大多采用紡絲牽伸卷繞一步法生產(chǎn)工藝，其紡絲速度2600m/min以上，卷繞速度<4000m/min,紡絲頭數(shù)16頭，每位4頭，共4位。采用4對(duì)熱輻對(duì)絲束進(jìn)行牽伸，每對(duì)熱輻的運(yùn)動(dòng)速度不同，即絲束經(jīng)過每對(duì)熱輻后均被牽伸，每區(qū)的牽伸比按工藝要求設(shè)定，調(diào)整熱輻的速度便可調(diào)整絲束的牽伸比。4對(duì)熱輻采用4臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，并由4臺(tái)變頻器單獨(dú)供電采用共直流母線供電的變頻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)功率為2.2kW或

8、1.1kW。熱輻必須與另一與之配合的轉(zhuǎn)動(dòng)輻一起使用，以達(dá)到導(dǎo)絲功能，該輻可以是主動(dòng)的、完全相同的熱輻，也可以是被動(dòng)的、不加熱的分絲輻，一般采用后者。絲束通過喂入輻喂至低速熱輻（即第一對(duì)熱輻），然后再導(dǎo)入高速熱輻（第2-4對(duì)熱輻）。如圖3所示。第4對(duì)熱輻轉(zhuǎn)速2585m/min溫度200c第3對(duì)熱輻轉(zhuǎn)速2600m/min溫度235c第2對(duì)熱輻轉(zhuǎn)速1800m/min溫度150c第1對(duì)熱輻轉(zhuǎn)速508m/min溫度100c圖3工業(yè)長(zhǎng)絲設(shè)備中的4對(duì)熱輻流程圖（2）FDY紡絲設(shè)備中的熱輻FDY紡絲設(shè)備一般配兩對(duì)熱輻，一對(duì)為一大輻（即高速熱輻）加一小輻（即高速分絲輻），另一對(duì)熱輻為兩只大輻（即低速熱輻），每對(duì)

9、熱輻均由永磁同步電動(dòng)機(jī)或交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速，熱輻電動(dòng)機(jī)功率為500W-750W4.3卷繞頭卷繞頭有多種形式和規(guī)格（1）卷繞頭的轉(zhuǎn)速大致可分為三檔：第1檔1500m/min以下，用于常規(guī)紡絲，制取得到的是UDY絲；第2檔2500-4000m/min,屬高速紡絲卷繞，制取得到的是預(yù)取向絲PO償或HO償；第3檔5000-6000m/min以上，屬超高速紡絲卷繞，用于制取全拉伸絲（FDY絲或FOY絲）。在長(zhǎng)絲生產(chǎn)中卷繞頭有規(guī)律地將絲束卷繞成一定形狀和容量的筒子，以供下道工序使用。（2）卷繞軸的傳動(dòng)形式，主要有摩擦式和錠軸式兩種。摩擦式傳動(dòng)是靠摩擦輻帶動(dòng)筒管轉(zhuǎn)動(dòng)，主要用于常規(guī)紡絲。錠軸式傳動(dòng)是

10、由同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)筒管轉(zhuǎn)動(dòng)，變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速隨卷繞直徑逐步增大，筒管轉(zhuǎn)速隨之逐步降低，以保持其表面線速度恒定，達(dá)到恒張力卷繞絲，主要用于高速和超高速紡絲。摩擦式卷繞頭主要由摩擦輻、槽筒和筒管夾頭等組成，摩擦輻常用三相永磁式同步電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，其功率約400W/50HZ,調(diào)頻范圍約50-200HZ,槽筒由三相異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，其功率約100W/50Hz,調(diào)頻范圍約50-130Hz,槽筒電動(dòng)機(jī)由擺頻發(fā)生器和變頻器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，紡絲時(shí)筒管夾頭壓住摩擦輻，按摩擦輻表面速度旋轉(zhuǎn)。（3）卷繞軸的數(shù)量有單軸式和雙軸式兩種。雙軸式其兩根軸的軸心線可繞其轉(zhuǎn)盤的中心點(diǎn)回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換筒，使兩根軸可交互進(jìn)行卷繞。

11、（4）導(dǎo)絲卷繞方式有溝槽凸輪往復(fù)導(dǎo)絲器或稱槽簡(jiǎn)導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)（由槽筒和橫動(dòng)導(dǎo)絲器組成）和撥叉式導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)兩種。撥叉式導(dǎo)絲是將傳統(tǒng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，振動(dòng)小、噪聲低，適用于高速或超高速紡絲卷繞。4.3.1卷繞頭的控制高速紡絲（如制取POY絲或FDY絲）所用卷繞頭，一般采用錠軸式傳動(dòng)，雙軸式，槽筒式或撥叉式導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的卷繞頭，通常一個(gè)紡絲位配一套全自動(dòng)卷繞頭，包括1個(gè)卷繞輻和1個(gè)槽輻，卷繞輻由永磁同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，槽輻由交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，因此16位紡絲機(jī)配有16套卷繞頭，其中16只卷繞輻由16臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，采用統(tǒng)一供電的變頻調(diào)速控制方式，即由一臺(tái)變頻器供電，進(jìn)行統(tǒng)一變頻調(diào)速。16只槽筒由16臺(tái)

12、異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。亦采用統(tǒng)一供電的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，如圖4為滿足紗線卷繞成型好，無疊絲，無塌邊的要求，本系統(tǒng)中設(shè)置了擺頻發(fā)生器，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)槽筒電動(dòng)機(jī)速度，使其速度按三角波調(diào)速，如圖5,槽筒調(diào)頻范圍約50-150HZ,槽筒電動(dòng)機(jī)功率約100W/50H乙為保證卷繞絲速恒定，絲張力恒定，卷繞輻同步電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)隨卷繞直徑的逐步增大，而相應(yīng)降低。圖5是以變頻器輸出頻率進(jìn)行標(biāo)注的，此種調(diào)速規(guī)律通常是由擺頻發(fā)生器控制變頻器輸出頻率來實(shí)現(xiàn)的一丁“LTPiT.T圖5卷繞頭橫動(dòng)裝置三角波調(diào)速曲線圖圖中：F1二角波下限頻率（T2T1）一三角波下降時(shí)間F2一三角波上限頻率（T3T2）一三角波上升時(shí)間（F2F

13、J2）或者（FJ1F1）一跳躍頻率T1一起動(dòng)升速時(shí)間，指變頻器從0Hz起動(dòng)加速到上限頻率所用的時(shí)間（T3T1）一橫動(dòng)周期（TJ1T1）或者（TJ2T2）一跳躍時(shí)間由圖可見，當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)橫動(dòng)電機(jī)達(dá)到上限頻率或下限頻率時(shí)，頻率應(yīng)突變，從F2下降到FJ2,從F1上升到FJ1,突變頻率（F2FJ2）或（FJ1F1）幅值一般為基本頻率F1的19佐右，突變頻率的時(shí)間，理論上要求是0,但實(shí)際上，由于橫動(dòng)裝置和電機(jī)有慣性，使得電機(jī)速度不可能突變而有一過渡時(shí)間（TJ1T1）或（TJ2T2）,該過渡時(shí)間通常在0.1s以上。高速紡卷繞頭橫動(dòng)裝置三角波調(diào)速的參數(shù)數(shù)值：上限頻率為206Hz，下限頻率為194Hz;跳躍頻

14、率為土2Hz,上升時(shí)間為3s；下降時(shí)間為3s,跳躍時(shí)間為0.1so4.3.2卷繞頭變頻器容量的選擇一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器容量的選擇有以下3種情況：(1)卷繞頭的多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)如是同時(shí)起動(dòng)，則選擇變頻器容量時(shí)，變頻器的額定電流In略大于各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最大工作電流Im之和即可。若有n臺(tái)電動(dòng)機(jī)，則In>Im1+Im2+Imn式中：Im1+Im2Imn各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最大工作電流(用電動(dòng)機(jī)額定電流計(jì)算)(2)卷繞頭的多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)如是依次起動(dòng)，或運(yùn)行中某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)停止，起動(dòng)時(shí)，選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流，通常異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的5-7

15、倍，為安全起見，而取最大值，則變頻器的額定電流InH-1心nin+71ninn=livl>Inin-n-1式中臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之總和11=1Imm其中容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定電流(3)一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的10倍以上(不同品牌的永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不同)，而且為使永磁同步電動(dòng)機(jī)他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)不發(fā)生振蕩或失步現(xiàn)象。除適當(dāng)放大永磁同步電動(dòng)機(jī)功率，還須放大與之匹配的變頻器容量0.51倍。如考慮低頻時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)能輸出滿力短，選用變頻器的額定電流應(yīng)為同步電動(dòng)機(jī)額定電流的2003300%gP:In>(Im1+Im2+Imn)x(1.52.5)變頻器帶1臺(tái)或多臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，調(diào)速精度僅取決于變頻