瑞典Emotron公司TFX纺机专用变频器在丰田喷气织机上的应用

[摘 要]本文针对早期引进的日本丰田喷气织机采用更换皮带轮选速型式提出了变频器选速的改造方案，并在实践中成功地予以实施，解决了这类织机更换新品种需要频繁试用皮带轮选择车速的现象。 [关键词]选速；调速；低频逆变电源；专用变频器 1 问题的提出 上世纪80年代中期，喷气织机在技术上进入了成熟阶段，并向高速、宽幅方面飞速发展。它以其独特的技术特征、明显的经济效益与适应性广的特点，在无梭织机领域中占有特别重要的地位。许多棉纺织厂在生产普通棉织物或生产长丝类织物时也都选用喷气织机。由于日本丰田JAT610与JAT710型喷气织机的工作特性更能适合中国国情，在国内纺织业界也就得到了特别的青睐。 随着日本丰田JAT610与JAT710型喷气织机大量的引进，织造的生产厂家在实践中对它提出了更高的要求，即要求它能根据品种的变化适时调速，合理的选择车速。但是，国内早期引进的日本丰田JAT610与JAT710型喷气织机在这个方面采取的方式是停机后更换相应的皮带轮。这样，对于还处于摸索工艺的新品种来说就存在很大的不便。它的表现主要在于如下方面： 如果频繁更换皮带轮则费时费力，它既容易损坏整机机械结构，日后长期如此还容易危及整机传动机构的稳定与精度。相应的讲，也就是将会减少整机的寿命。如果不更换皮带轮，其结果将首先反映在产品的质量上。它将会出现大量不该出现的疵布，同时其工作效率低下；其次，反映在电控箱内的5Hz低频逆变电源方面会因为长期频繁的启停而早损。 另外在气源压力出现波动的情况下，为了不影响产品的供货时间，有时也必须合理的适时调整车速。 2 改造的解决方案 为了能发挥丰田JAT-610／710喷气织机工作特性的更大潜能，我们设想使用变频器应用于丰田JAT-610／710喷气织机上来解决这个问题。即利用这个专用变频器加一个电位器的方法来取代原丰田喷气织机低速时的5Hz低频逆变电源，以便保证适时合理的调速，解决提高织造的效率和质量问题。 2.1 选择专用变频器 针对丰田JAT-610／710喷气织机的特点，结合瑞典：Emotron公司TFX专用变频器的优势，我们决定选择瑞典Emotron公司的TFX变频器作为这次改造方案用的替代品。这是基于该公司的TFX变频器属于直接转矩控制变频器。其内部内置了两个DSP可以采用精确的矢量控制器。另外其变频器驱动技术是通过直接转矩和磁通控制的，利用这项技术TFX变频器能显著提升电机的启动转矩而无需速度反馈。其主要特点表现在： a可以使用电机作为自身的传感器。 b可以提高电机最大转矩至400％。 c速度估算器每秒计算电机速度40000次，对1480rpm的电机而言速度精度可达±2rpm； d自辨识功能的提高，可以使电机控制性能做到保证减少调试时间。 e转矩控制精度为5％。这样100％负载转矩变化的响应时间可以小于5ms。 f可编程I／0可以方便用于不同的应用接口。 g具备完善的电机保护和自身保护功能； h集成的负载监控可以实现对电机的负载和过程的保护； 2.2 TFX变频器在丰田JAT610与JAT710型喷气织机上的应用分析 丰田喷气织机是国内使用较广的喷气织机之一，其中以JAT610／710常见。JAT710型仅是JAT610型的改进型产品，因其有着较好性能和效率，所以在国内占有相当的市场。此类型号喷气织机的主轴和打纬，卷取等机构采用一台主电机通过传动机构传动，张力通过送经机构的伺服马达控制。对使用一台主电机的织机（送经机构可以有自己的电机来控制张力）由于织机本身的高负载特性及停车后打纬所需的高转矩，主电机一般采用三角形转星形启动的方式工作，在工频下，张力通过机械式或电子式送经和／或卷取机构控制。对于不同织物的织造工艺要求只能通过更换皮带轮，齿轮等调节传动比的方法来调整喷气织机卷取辊的转速。而点动低速时则采用低频逆变电源供电，由于这类逆变电源容量设计和保护上并不充分，在电机堵转或电机频繁启停时往往烧损，严重影响工作进度，产品质量和维护成本。并且由于时常需要更换皮带轮和齿轮，不但需要大量的停工时间而且很容易损坏皮带轮和齿轮进而影响到传动机构的稳定与精度。同时喷气织机还有不能连续调整速度，能量损耗等一系列影响生产的问题。它在打慢车时是由一台5Hz低频逆变电源供电，正常行车时，则是由工频电源供电，卷取辊的转速通过更换皮带轮调整。 为此，我们设计的改造方案仅仅针对驱动系统进行，而不对原丰田织机的控制系统和控制程序进行任何的修改。这样一来，选择的驱动的变频器必须满足如下的要求： a 5Hz能输出400％的起动转矩。 b 快速的低速和全速起动运行。 c 开环较高的速度精度和转矩精度。 针对上述问题，使用瑞典Emotron公司的TFX变频器改造后的接线图如图1： 改造后原正／反向接触器的常开触点作为变频器正向和反向信号，控制电机的旋转方向。逆变电源接触器和工频电源接触器的常开触点并连作为变频器的允许信号，此触点闭合将控制电机启动。逆变电源接触器的另一个常开点作为频率选择信号，闭合时电机运行在变频器内部参数设定的点动频率（5Hz）上，电机以低速运转，断开时电机以电位器给出的速度参考信号运转，通过调节电位器就可以实现电机的调速从而调节喷气织机卷取辊的转速。 以丰田JAT610喷气织机主电机（4极）为例，其参数如下： 功率：3.0kW 额定电压：380V／420V 额定频率：50Hz／60Hz 额定电流：7.4A／6.8A 额定转速：1410rpm／1720rpm 相应的TFX变频器主要的参数设置如表1： 3 效果 3.1 节能 南于这类喷气织机采用了异步电机加皮带轮、齿轮的驱动方式，其输出端只能由皮带轮和齿轮实现变速，这不仅不利于织物的松密度控制，而且其额外电能损耗也比较严重。这是因为电机本身不能调速，不能实现调速节能功能；其输入端直接连到电网，对电网性能又会产生不良影响。因为异步电机属感性负载，在织造运动中有时处于轻载运行状态，功率因数很低，无功功耗较大，这会使电网性能变差，无功功率在电网上流动又会产生有功电能损耗，产生电能损耗。电动机的损耗，大部分是铁损和铜损。在供电电压一定的情况下，轻载时电机的铜损减小，但铁损无变化，因而电机效率下降。铁损同电压的平方成比例，所以轻载时如果使电压降低则铁损减小，因而效率就可以提高。 TFX纺机专用变频器根据速度和负载的大小，调节电动机的供电电压，使电机总是在最高效率点下运转，从而达到节电目的。由电动机效率曲线可以知道，轻载时效率由90％可能降到70％，经变频器调节电压可以又恢复到90％，纺织厂上百台织机同时使用变频调速的方法后其节能效益会相当显著。 3.2 效率 原有喷气织机在纺织工艺不同时要求更换皮带轮，在更换过程中，容易对皮带轮产生变形和损坏，同时还造成了大量的停工时间。采用TFX纺机专用变频器后，可以根据工艺的不同要求通过电位器直接调整卷取辊的转速，停工时间仅花费在更换上了机织轴上。由于综合了逆变电源的功能，与变频器完善的电机保护和自身保护功能，这样，它将整个系统的故障率降至最低，避免了逆变电源，电机烧损的现象。接触器此时也不再用于电机的启动与切换上，从而很大程度上延长了接触器的使用寿命和使用效率。因此TFX纺机专用变频器又在故障，器件寿命上为工厂节省了大量的维护的开支与修理停台时间，并直接提高了织机的生产效率。 3.3 产品质量 与主电机控制有关的产品质量主要表现在停车痕和织物的疏密度上。停车痕的产生主要是因为织机停车后再起动时，第一纬的打纬力常因主轴还未达到正常速度而出现轻打纬，从而影响到织物的正常结构。为此喷气织机采用超起动转矩电动机，增强停车后开车的起动转矩，结合送经机构的反冲动作及织品的自动调整来避免停车横档疵的产生。但由于通常的变频器最大只能输出200％的起动转矩，达不到织物的质量要求。因此喷气织机通常采用是电动机在停车后起动时为三角形，起动后1～4纬或一定时间内（可经功能面板选择确定）自动切换为星形重新恢复到正常状态的办法。TFX纺机专用变频器在这方面很好解决了其它变频器带来的问题，其起动转矩可高达400％同时结合起动速度的设定可以很好的解决这一问题，为以后喷气织机的变频调速做足了准备。 上面提到的电机直接起动，这个方法在解决了停车痕的同时也带来另一个问题，就是对传动机构产生冲击，很容易造成传动机构齿轮，联结头的磨损致使喷气织机在使用一段时间后织物产生豁边、云织等一系列影响织物质量的问题。TFX纺机专用变频器可以提供平滑的起动然后加速的过程，很大程度上减小传动机构起动时受到的冲击，从而进一步延长了织机的使用寿命，降低了喷气织机的织疵产生几率。 织物的疏密度是根据纺织物不同的疏密工艺要求，通过卷取辊的转速配合送经机构的张力控制和打纬机构来完成的。由于改造前不能进行实时连续的转速控制，只能通过更换皮带轮和齿轮的办法来改变卷取辊的转速，其转速精度很难控制，采用变频调速后，可以根据织物情况准确的调整卷取速度，从而实现织物疏密的精确定位。 4 TFX纺机专用变频器在喷气织机的应用前景 由于TFX纺机专用变频器带来了高起动和运行转矩，使喷气织机实现变频调速成为可能。现经过在江苏多家纺织企业的长时间试用，以及各种张力情况下的测式，TFX纺机专用变频器完全满足丰田喷气织机的性能要求，大大提高了纺织的效率和质量，节约工厂的营运成本。 经试用证明，通过这项技术改造，不仅可以提高喷气织机运行的可靠性，减少现场维护量和更换产品上落轴的时间，同时还能节电，符合国家“十一五”的节能规划，因此产生<