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变频在纤维机械上的应用

在纤维和合成纤维的生产过程中，拖动系统大多已经采用了变频调速系统。本文以合成纤维中具有代表性的尼龙、聚酯的生产机械为例，对所用的变频调速系统进行介绍。并就发展方向略作探讨。

1 纤维机械概要

1.1 合成纤维的加工过程

合成纤维的加工过程大致如下:

(1) 纺纱 首先把作为原材料的固态高分子物质加热成液态，从具有许多小孔的喷嘴中定量地挤出，又把它拉成纤维，恢复成固体状态。纺纱产品的分子排列是不稳定的。稍微加一点力就很容易伸长，去掉外力后不能恢复原状，故并无实用价值。

(2) 延伸 延伸的主要目的是制作成分子排列稳定的纤维。

(3)捻纱或卷缩 对于长纤维，须进行假捻;对于短纤维，则进行卷缩，使纤维具有皱缩性，手感具有弹性。

生产过程的框图如图1所示。

1.2 纤维的生产过程概况

(1) 纺丝 一般情况下，纺丝机械的结构如图２所示。

将通过聚合生成的颗粒状原料投入挤出机，溶融后由齿轮泵连续定量地从喷嘴的小孔中挤出。再经一定温度的冷风吹凉后固化，并涂上油漆。此后，经导丝辊后卷绕在丝筒上。管阀在此过程中，要求丝的粗细必须均匀，故对齿轮泵和绕丝筒的转速精度有很高的要求。

(2) 延伸

① 长纤维的延伸 经纺丝生产出来的未延伸丝或半延伸丝需经延伸机［也称为牵引捻丝器(DT)］延伸２～５倍后再卷绕到绕丝筒上。延伸机约有100余列，图3是其中的一列。其后，在假捻机上一边捻紧、一边加热，使之具有皱缩性、体积增大而成为产品。近年来，也使用一种延伸和假捻同时进行的延伸假捻机(DTY)。

(以长纤维为例)

② 短纤维的延伸 将数十根纺丝捆在一起进行水洗，在热辊上进行热延伸。然后，使之通过齿轮状的净化辊，进行卷缩以增大体积。最后通过切刀，按”一定的长度切断，便成为丝棉状的产品。

2 采用变频调速的要点

2.1 对变频调速系统的要求

(1) 对指令有较高的分辨能力 纺丝用的齿轮泵、导丝辊等都采用由一台变频器带多台电动机的多电动机拖动方式，只能进行开环控制。同时，又要求电动机能得到较高的转速精度。因此，常常采用永磁式同步电动机。

在这种情况下，电动机的转速精度也就是变频器输出频率的精度。因此，在进行频率给定时，必须采用由高分辨率的数字量直接进行频率给定的方式。

在多电动机拖动中，应先使变频器在低频下运行，每次投入一台电动机，待全部投入，卦上丝后再加速到运行转速。

(2) 转差补偿功能 在挤出机拖动系统中，负荷是不断变化的，变化的幅度也较大。为了确保异步电动机的转速不因负载的变动而变动。应配置速度传感器(TG或PG)，根据实际转速和指令之间的差值对转差进行补偿，转速精度可达0.5～0.01%。

(3) 瞬时停电时的连续运行功能 纤维机械在运行过程中是连续作业、不允许停机的。一旦停机，整个系统将停止工作，必须将丝切断，重新开始，造成很大的浪费。故要求变频器在瞬时停电时也能继续工作，并且在复电后能自动加速至设定转速。

必须注意的是:复电时，电动机处于还在旋转的自由制动状态，其转速和变频器在停电前的工作频率是不相吻合的。结果是转差增大，橄榄油容为了真正了解创业者的需求易因过流而跳闸。为了防止跳闸，可采取以下办法:

① 复电时，使变频器的工作频率跟踪电动机转速，直至两者相吻合时再加速。

② 在检测出瞬时停电的同时，使电动机降速，使它产生再生电能，补充给直流母线，使变频器不因欠压而跳闸，复电后再升速至设定转速。

图４是瞬时停电后继续运行的状况。此外，对于齿轮泵这样的GD2很小、瞬时停电时电动机转速急剧下降的情况，应在变频器的直流母线上并联电容器，使之在瞬时停电时补充能量。

2.2 各种纤维机械对拖动装置的要求和变频器的选用要点

如表１所示。

2.3 发展趋势

纤维机械的拖动方式，过去主要从经济方面考虑，采用由一台电动机带动多台机械的总线拖动方式，以及用多电动机拖动方式。

随着用户需求的多样化，在生产方面提出了多品种、少批量的要求，结合对价格等因素的考虑，要求拖动系统向高速化和高精箱包搭扣度化发展。为此，有关机械正趋向于各单元独立地决定生产条件，拖动方式也相应地向分单元拖动方式转移。与多电动机拖动方式相比，分单元拖动方式具有容易处理再生能量的优点。

例如，在延伸工艺中，为了使各单元间丝的张力相等，低速侧的延伸辊，常常是在再生状态下运行的。要消耗再生电能，所需的制动电阻及其消耗的热能是很大的，从节能的观点看并不好。如采用分单元拖动方式，则各变频器的直流母线可以公用，再生状态的电动机和电动状态的电动机之间，可以实现能量的互补，是非常节电的。

3 纺丝机械的系统控制

3.1 概述

最近，纺丝机械的电气设备，已经不仅仅想必大家都知道电脑的是由运算器着眼于拖动装置了。而是由拖动装置的主体控制系统(系统控制器)、监控系统(用于监视和设定)、上位系统的联接装置等组成的系统控制工程。

在分单元拖动方式中，对系统控制的要