1、變頻調速技術在滌綸長絲紡絲設備中的應用1引言一般化纖絲的生產規模不大，無疑是采用間接紡，主要設備流程為：從原料（切片）一螺桿擠壓機一過濾器-熔體分配管-紡絲箱（含紡絲泵、噴絲板組件等）-冷卻吹風-卷繞機（含上油、吸咀、導絲盤、熱牽伸輻（以下簡稱熱輻）和卷繞頭等。由于過濾器、熔體分配管和冷卻吹風等單元機的電氣控制簡單，本文不作介紹。滌綸長絲高速紡絲機全機部位數有2、4、6、8、12、16等不等，每個紡絲部位紡絲頭數有8、10、12、16等不等，每位配有48臺紡絲計量泵，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螺桿擠壓機螺桿擠壓機是熔融法切片紡絲設備中的關鍵設備，其作用是輸送、熔融和混煉高分子聚合物，并將熔體送出，使其達到紡絲工藝要求，螺桿擠壓機控制的最終參數不是螺桿轉速而是螺桿出口熔體壓力，因此，該系統實質上是熔體壓力控制系統。螺桿擠壓機現均采用交流異步電動機傳動，變頻調速、電動機的容量取決于螺桿的直徑和運轉速度，例如螺桿直徑為45mm運轉速度為20-100r/min,電動機功率為15kW而螺桿直徑為200mm運轉速度為20-50r/min,電動機功率為150kW.螺桿擠壓機壓力控制系統原理框圖如圖1。H一電切松11圖1螺桿壓力控制系統方框圖壓力變送器安裝于螺桿出

3、口處，它將溶體壓力轉換為電信號送至調節器，該調節器由CPLB處理器等組成數字式調節器，壓力信號（電流信號）在調節器中與壓力設定值進行比較，若其差值為零，則調節器輸出信號不變，變頻器輸出頻率不變，若比較后的差值信號為正或負，則調節器將對偏差信號進行PID運算后輸出，調節變頻器輸出頻率和螺桿轉速，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、紡絲組件進行保溫用的密封箱體。紡絲泵（計量泵）一般均采用齒輪泵作為計量泵，常稱為紡絲泵，紡絲泵主要是將熔體增壓，連續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機單獨傳動，變頻同步調速，其調速方式通常

4、有兩種，其一是，一臺大功率變頻器驅動多臺同步電動機，可以保證各臺紡絲泵嚴格同步運轉，如圖2（A）,而電動機可逐臺起動或分組起動，該電路簡單、控制方便，造價較低，但變頻器容量需放大，各紡絲泵轉速一致，適合紡制同一規格的絲。其二是每臺同步電動機單獨用一臺小變頻器驅動，各臺同步電動機可以調至同步運轉，也可分別設定其運行頻率，各臺電動機以不同的速度運轉，如圖2（B）,適用于紡絲位數較少的（例如二位紡絲機）用于新產品的開發試驗。該電路使用變頻器數量較多，造價較高，且多臺變頻器輸出頻率有離散性，為達到轉速嚴格同步，需增設串行通信接口，然而各變頻器可以軟起動，變頻器容量基本與電動機容量相同，無需放大，當某一

5、電動機或有關機械出故障時，只需停止出故障的紡絲位（頭），而不會造成紡絲機停機產生的浪費，而且每臺變頻器可分別設定其運行頻率，這樣一臺紡絲機可同時紡出多種不同規格的POY絲。原理框圖原理框圖4卷繞機卷繞機根據所紡纖維的品種（如POY絲、FDY絲、工業絲等），規格不同而有多種型式，通常卷繞機由機架、上油裝置、切絲器、吸咀、導絲盤、熱牽伸輻、網絡噴咀、卷繞頭等根據功能需要選擇組成。其中有電氣傳動的單元有上油裝置、熱牽伸輻（以下簡稱熱輻）和卷繞頭等。4.1 上油裝置上油裝置用于對加工中的絲纖維施加一定量的合纖油劑，以利于后續加工，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，紡絲油劑由小型計量泵定量連續不斷地輸送到注油口，絲束通過注油口時能獲得足夠的油量。每臺計量泵由單獨交流異步電動機傳動，變頻器統一供電，變頻調速。4.2 熱輻熱輻通常用于高速紡絲（FDY絲等）或工業長絲等設備，一般由永磁同步電動機或交流異步電動機傳動，變頻調速。熱輻外殼被加熱，使絲束在熱狀態下進行牽伸，熱輻軸向表面各點溫度應均勻，并被控制在工藝所需的溫度范圍內。熱輻的加熱可以是電熱絲加熱（目前很少用），也可以是電磁感應加熱，此時，熱輻殼體作為次級線圈而被感應加熱。因熱輻是旋轉體，故一般采用非接觸式測溫，表面最高溫度為250C,溫控精度為0土1.5C,調節各

7、熱輻的溫度，可得到不同強度，伸長和熱收縮率的絲。（1）工業長絲設備中的熱輻滌綸工業長絲具有模量高，強度大，伸長小，耐磨性和尺寸穩定性好的特點，是產業用紡織品的理想材料，工業長絲的生產目前大多采用紡絲牽伸卷繞一步法生產工藝，其紡絲速度2600m/min以上，卷繞速度<4000m/min,紡絲頭數16頭，每位4頭，共4位。采用4對熱輻對絲束進行牽伸，每對熱輻的運動速度不同，即絲束經過每對熱輻后均被牽伸，每區的牽伸比按工藝要求設定，調整熱輻的速度便可調整絲束的牽伸比。4對熱輻采用4臺永磁同步電動機或異步電動機單獨傳動，并由4臺變頻器單獨供電采用共直流母線供電的變頻調速，電動機功率為2.2kW或

8、1.1kW。熱輻必須與另一與之配合的轉動輻一起使用，以達到導絲功能，該輻可以是主動的、完全相同的熱輻，也可以是被動的、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（即第一對熱輻），然后再導入高速熱輻（第2-4對熱輻）。如圖3所示。第4對熱輻轉速2585m/min溫度200c第3對熱輻轉速2600m/min溫度235c第2對熱輻轉速1800m/min溫度150c第1對熱輻轉速508m/min溫度100c圖3工業長絲設備中的4對熱輻流程圖（2）FDY紡絲設備中的熱輻FDY紡絲設備一般配兩對熱輻，一對為一大輻（即高速熱輻）加一小輻（即高速分絲輻），另一對熱輻為兩只大輻（即低速熱輻），每對

9、熱輻均由永磁同步電動機或交流異步電動機傳動，變頻調速，熱輻電動機功率為500W-750W4.3卷繞頭卷繞頭有多種形式和規格（1）卷繞頭的轉速大致可分為三檔：第1檔1500m/min以下，用于常規紡絲，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）。在長絲生產中卷繞頭有規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）卷繞軸的傳動形式，主要有摩擦式和錠軸式兩種。摩擦式傳動是靠摩擦輻帶動筒管轉動，主要用于常規紡絲。錠軸式傳動是

10、由同步電動機傳動筒管轉動，變頻調速，其轉速隨卷繞直徑逐步增大，筒管轉速隨之逐步降低，以保持其表面線速度恒定，達到恒張力卷繞絲，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機直接傳動，其功率約400W/50HZ,調頻范圍約50-200HZ,槽筒由三相異步電動機傳動，其功率約100W/50Hz,調頻范圍約50-130Hz,槽筒電動機由擺頻發生器和變頻器驅動，實現變頻調速，紡絲時筒管夾頭壓住摩擦輻，按摩擦輻表面速度旋轉。（3）卷繞軸的數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盤的中心點回轉，實現自動換筒，使兩根軸可交互進行卷繞。

11、（4）導絲卷繞方式有溝槽凸輪往復導絲器或稱槽簡導絲機構（由槽筒和橫動導絲器組成）和撥叉式導絲機構兩種。撥叉式導絲是將傳統的往復運動變為回轉運動。因此，振動小、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，雙軸式，槽筒式或撥叉式導線機構的卷繞頭，通常一個紡絲位配一套全自動卷繞頭，包括1個卷繞輻和1個槽輻，卷繞輻由永磁同步電動機傳動，槽輻由交流異步電動機傳動，因此16位紡絲機配有16套卷繞頭，其中16只卷繞輻由16臺同步電動機傳動，采用統一供電的變頻調速控制方式，即由一臺變頻器供電，進行統一變頻調速。16只槽筒由16臺

12、異步電動機傳動。亦采用統一供電的變頻調速控制系統，如圖4為滿足紗線卷繞成型好，無疊絲，無塌邊的要求，本系統中設置了擺頻發生器，控制變頻器輸出頻率，調節槽筒電動機速度，使其速度按三角波調速，如圖5,槽筒調頻范圍約50-150HZ,槽筒電動機功率約100W/50H乙為保證卷繞絲速恒定，絲張力恒定，卷繞輻同步電機轉速應隨卷繞直徑的逐步增大，而相應降低。圖5是以變頻器輸出頻率進行標注的，此種調速規律通常是由擺頻發生器控制變頻器輸出頻率來實現的一丁“LTPiT.T圖5卷繞頭橫動裝置三角波調速曲線圖圖中：F1二角波下限頻率（T2T1）一三角波下降時間F2一三角波上限頻率（T3T2）一三角波上升時間（F2F

13、J2）或者（FJ1F1）一跳躍頻率T1一起動升速時間，指變頻器從0Hz起動加速到上限頻率所用的時間（T3T1）一橫動周期（TJ1T1）或者（TJ2T2）一跳躍時間由圖可見，當變頻器驅動橫動電機達到上限頻率或下限頻率時，頻率應突變，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，突變頻率的時間，理論上要求是0,但實際上，由于橫動裝置和電機有慣性，使得電機速度不可能突變而有一過渡時間（TJ1T1）或（TJ2T2）,該過渡時間通常在0.1s以上。高速紡卷繞頭橫動裝置三角波調速的參數數值：上限頻率為206Hz，下限頻率為194Hz;跳躍頻

14、率為土2Hz,上升時間為3s；下降時間為3s,跳躍時間為0.1so4.3.2卷繞頭變頻器容量的選擇一臺變頻器帶多臺同步電動機或異步電動機時，變頻器容量的選擇有以下3種情況：(1)卷繞頭的多臺異步電動機如是同時起動，則選擇變頻器容量時，變頻器的額定電流In略大于各臺電動機的最大工作電流Im之和即可。若有n臺電動機，則In>Im1+Im2+Imn式中：Im1+Im2Imn各臺電動機的最大工作電流(用電動機額定電流計算)(2)卷繞頭的多臺異步電動機如是依次起動，或運行中某一臺電動機單獨停止，起動時，選擇變頻器容量時，應考慮電動機在全壓起動時的起動電流，通常異步電動機的起動電流為額定電流的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式中臺電動機額定電流之總和11=1Imm其中容量最大的電動機的額定電流(3)一臺變頻器帶多臺同步電動機由于永磁同步電動機的起動電流為額定電流的10倍以上(不同品牌的永磁同步電動機的起動電流不同)，而且為使永磁同步電動機他控式變頻調速系統不發生振蕩或失步現象。除適當放大永磁同步電動機功率，還須放大與之匹配的變頻器容量0.51倍。如考慮低頻時，永磁同步電動機能輸出滿力短，選用變頻器的額定電流應為同步電動機額定電流的2003300%gP:In>(Im1+Im2+Imn)x(1.52.5)變頻器帶1臺或多臺永磁同步電動機調速時，調速精度僅取決于變頻