變頻器在紡織機械上應用系列
一、 變頻調速技術在細紗機的應用原理
1、細紗機利用變頻器調節錠子速度快慢，一種較常見的是定長制方式，即按不同紡紗號數所紡的滿紗總長劃分為多點，設定長度區間，每個區間根據實際生產中的斷頭情況來設置相應的錠子速度，達到減少斷頭的目的。
2、紡紗張力變化特點
錠子在恒速運轉時，一落紗的斷頭分布是小紗最多，大紗次之，中紗最少。細紗卷繞高速回轉形成氣圈，氣圈在不同紡紗階段的波動影響紡紗張力的大小，是造成斷頭多少的直接因素。一落紗中氣圈張力的變化特點對控制紡紗張力平穩變化，減少斷頭十分關鍵。
2.1 紡紗張力與錠子速度的關系；紡紗張力與錠子速度呈拋物線關系，即當錠速增大時，紡紗張力隨著增大，且錠子速度愈高，紡紗張力增加幅度更大。
2.2 一落紗中紡紗張力的變化；在始紡空管時紡紗張力最大，是因為氣圈最長而卷繞直徑偏小。隨著鋼領板上升，氣圈張力趨小，但在管底成形完成前后山現氣凹形最大，張力最不穩定，造成鋼絲圈運動也不穩不定期。管底成形完成之后，卷繞直徑的變化對紗條張力影響起著主要作用，鋼領板位置在上升（小直徑處）時紡紗張力大，氣圈凹形小。鋼領板位置在底部（大直徑處）時紡紗張力小，氣圈凹形大。中紗階段紡紗張力和氣圈形狀最穩定階段。大紗滿紗前氣圈凹形較平直，但高度過小時紡紗張力有急劇回升現象，且失去對張力的調節作用，張力不穩定。紗線卷繞每次作短動程升降，且上升慢，下降塊。經用張力儀測定，在鋼領板由上轉向下的瞬間，張力峰值出現突變，這時氣圈形變化也較大，易引起斷頭及捻度傳遞不勻。
3、調速與紡紗張力的匹配
根據一落紗中紡紗張力的變化規律，通過調整錠速來之進行控制。變速位置主要控制三個方面：一是大紗，小紗卷繞小直徑時采用較低的錠速；中紗卷繞大直徑，張力小，可采用較高的錠速：二是對鋼領上升及下降中張力突變部位可進行相應變速；小紗上升時紡紗張力漸小，錠速可適時增快，下降時張力漸大，可減慢錠速；三是空筒管開車生頭時，張力波動大，采用適宜接頭的低速運行。
本系統生頭速度選擇為工藝速度的 70%，如過低反而造成接頭困難。管紗成形全過程中降低錠速最好不要超過工藝速的10%。因錠速過低會影響紗紡成形，從而造成卷繞不良。如降速幅度較大時，也要適當加重鋼絲圈，對平衡全過和程紡紗張力、改善成形與減少毛羽均有利。
本系統變頻調速是通過改變預設頻率數值來改變錠子速度。由于頻率變化與錠速基本呈線性關系（扣除錠帶滑溜率等因素），頻率數值增減百分比即視作錠速變化百分比；頻率變化基準值為 42Hz (通過增大電機皮帶輪的直徑降低電機轉速還可以節電) 。變頻裝置上有顯示窗口及數據輸入平臺，按不同紡紗段變速要求，依據圖1中對應的頻率比乘率比乘以頻率基準值，按順序（即對應紡紗長度）輸入頻率實際值即可。紡紗整個過程每一對應位置的頻率及頻率變化的速率均可顯示
二、變頻調速在細紗紡紗過程中降低成本
安裝變頻器后的細紗機，在小紗和大紗時應降低了5%～8%。的速度（目的是降低斷頭率），在中紗時根據車況提高5%～15%的速度，而中紗的長度占整個細紗長度的80%,也就是紡紗的整體速度提高了近10%,大大提高了錠子的有效運轉時間,提高了細紗機的生產效率，產量也就提高了近10%。其次,對提高產品質量有作用。.千錠時斷頭率降低,因斷頭的減少擋車工可以將節省的時間用來做清潔工作，減少了許多突發的紗疵，,保證了成紗質量。對某些有一定難度的品種如強捻紗，包芯紗,麻棉紗及高檔精梳產品,通過變速選擇生產過程最佳點,可最大程度提高單產,減少后接頭，回花減少,皮輥花也相應減少,也就是節約了返工浪費的原料；采用變頻器控制主電機可最大潛力挖掘電機的無功率，充分利用和提高功率因數，從而達到節電的目的。安裝了變頻器的細紗機功率因數從原來的0.78提高至0.29，降低了無功電流，降低了線路損耗，節省了電能，并且在同等產量的情況下設備用電減少。
三、變頻調速能夠降低細紗斷頭率及毛羽
細紗斷頭原因有多種，在排除空調、機械、操作及清潔不良，筒管不良，粗細紗不良等因素后，采用變頻調速可使紗斷頭率降低10%左右。無論與本機臺比還是與相鄰機臺比斷頭都明顯降低。
其次，細紗機采用變頻調速后，各紗段毛羽都減少了。經某棉紡廠測定 ,細紗生產過程中，細紗機在小紗時從11900r/min增大至13950r/min，錠速增加17.22%；大紗錠速增加10%，毛羽值H增加17.1%。該廠在同粗紗、同錠條件下也測算過毛羽數隨錠速呈正比例增加，所得結論與上吻合。而細紗機采用變頻調速后，設定小紗，大紗降速10%，中紗增速5%。可見各紗段毛羽都減少，其中小紗毛羽減幅達38.12%。
當無變頻調速時，大、中、小紗因鋼領或鋼絲圈因素毛羽數不同，出現部分明顯突增的情況為正常毛羽數的3至4倍。而且國產鋼領普遍存在著本身表面處理質量離散較大的問題。因此，毛羽極差大。然而采用變頻調速器后各組機臺小紗段毛羽數均同步下降，說明降速后可明顯減緩紡紗張力，縮小錠差。
四、變頻調速與成紗捻度
紡紗時捻度在一落紗過程中的變化規律為： (1)卷繞直徑相同時，紗條捻度隨氣圈高度減少而增加，滿紗部位的紗條捻度小紗為多；（2）在鋼領板一次動程內，卷繞小直徑時的紗條捻度較卷繞大直徑時多，且鋼領板下降時紗條的捻度比上升時略多。從根本上講，鑒于環錠紡正繞成形特點，其存在不同情況，捻度不勻是客觀存在的，當然捻度差異相差不會很大。而真正影響捻不勻的因素主要有滾盤、滾筒、錠子狀況及錠帶盤之間的滑溜差異，錠子與筒管配套不良，筒管本身質量問題造成運行中跳管等情況。
變頻調速本身是控制錠速的變化，與前羅拉輸出是同步的，對捻度的變化也是同步的，但不能糾正因滑溜差異產生的捻不勻。此外，在上述提到的鋼領板上升及下降轉換瞬間紡紗強力最大，不僅易造成斷頭，且紡紗段因張力波動大對捻度傳遞不利。當然，改善捻度要綜合考慮，如紡紗工藝優化，應用新型紡紗器材如高性能橡膠錠帶，運用新技術如單錠電機傳動等，但變頻調速無論從理論上或實踐中看均不會惡化捻不勻。
五、用好變頻器發揮最大功效
應用變頻器調速技術將會給企業帶來巨大效益，如何用好變頻器，使其發揮最大功效還需注意以下事項：第一，變頻器容許的功率與配制的細紗機主軸電機的實際使用功率要有10%的余地。否則，會由于機臺間機械傳動阻力差異及工藝上壓力調整等因素造成變頻器負荷過重或過載停車。第二變頻器本身有散熱片和風扇進行冷卻，但在使用過程中，如直接用于細紗車間會造成風道很快堵塞無法正常工作，甚至過熱停車，較好的解決辦法是值車工定時做清潔。第三，細紗車間在高溫高濕季度通常在30℃～３５℃。變頻器工作允許的環境溫度為60℃，能夠滿足細紗工作環境溫度要求。第四變頻器可根據參數調整報警系統，具有200%過載能力。可在尚未出現停車前發現問題，并預先報警，對變頻器起著可靠的保護作用。第五細紗錠速度通常高達15000r/min左右，變頻器變速啟動與傳統電機啟動不同，如啟動時間過短或鋼領板位置不當，均可能造成開車后斷頭明顯增加，甚至無法開車。通過對變頻器參數的優選則可達到最少的斷頭效果。
六、變頻改造與傳統擴錠的優勢
變頻器的應用對紡紗產量的影響也很大，通過大幅度提高紡紗中紗時的紡紗速度，在斷頭基本不變的情況下，提高細紗機的產量。在國內許多紡紗廠己收經收到明顯的效果。許多紡織廠為了增加產量只能采用增加細紗機數量，增加錠子數量的方法實現，大家應該換換思路，通過提高每一錠生產效率，提高單臺細紗機的產量來實現不是更好嗎？這樣就可以在不增加設備，不增加廠房，不增加工人的情況下，增加了產量，增加了企業競爭力。
我們作過一個簡單統計，新增５千紗錠生產能力，變頻改造和傳統的增加設備的方式所需投入資金進行了比較：傳統投資方式：要求有設備投資，廠房投資，士地投資，動力投資，器材投資（不含前紡設備）大約180萬元，并且每年新增費用人工及電費等也有20多萬元。而采用改裝變頻器的方式提高產量，只需要在一百二十臺細紗機上加裝就可以，全部投資只有150多萬，而且不會產生新增費用，減輕了企業負擔。
結語：
交流變頻調速技術在棉紡織設備上的應用是必要的，對傳統的棉紡織設備推廣應用也是可行的。由于目前運行的設備大多是
七、八十年代出廠的，交流變頻技術在正服役的棉紡織設備中應用較少，但是雖著社會的進步，技術的發展，就必須提高我國現有棉紡織設備的裝備水平，增加技術含量，提高企業整體效益。增加棉紗，布在國際市場上的競爭力。因此，交流變頻調速這一高新技術必將在棉紡織設備中得到廣泛應用，同時也是紡機設備在今后很長一段時間內的發展趨勢。我們呼吁，廣大紡織企業應盡快加大技術改造的力度，加快技改步伐，進一步推動我國傳統紡織產業的發展。