摘 要： 本文論述交流變頻調(diào)速技術(shù)其具有的優(yōu)點(diǎn)，在科技飛速發(fā)展中得到迅速的普及推廣，介紹其在化纖設(shè)備中推廣前景、必要性，應(yīng)用中表現(xiàn)出的良好性能，認(rèn)及在粘膠制造過(guò)程中產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)效益。
　　關(guān)鍵詞： 交流變頻調(diào)速技術(shù) 電力電子學(xué) 無(wú)級(jí)調(diào)速 化纖設(shè)備 擺線針
　　
　　近10年來(lái)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，國(guó)內(nèi)外紡機(jī)廠商，采用PLC控制，變頻調(diào)速，機(jī)電一體化等電子技術(shù)更多地取代傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高紡絲機(jī)整機(jī)的可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的自動(dòng)化程度，擴(kuò)大品種的適應(yīng)性，使用操縱方便。各廠家也投資改造老式機(jī)械設(shè)備。其中有一個(gè)采用較多的技術(shù)——交流變頻調(diào)速技術(shù)。
　　一、交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)近二十年來(lái)在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家得到迅速的普及推廣，并在電子拖動(dòng)中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，形成了電力電子學(xué)理論。
　　電力電子學(xué)就是使用電子半導(dǎo)體元件進(jìn)行電力變頻和控制的技術(shù)。1973年美國(guó)電氣學(xué)會(huì)在其主辦的電力電子學(xué)大會(huì)上，將電力電子學(xué)定義為：是研究電氣電子和控制的邊緣領(lǐng)域的技術(shù)學(xué)科。電力電子學(xué)是使本來(lái)不適用于調(diào)速的交流異步電動(dòng)機(jī)，具有和直流電動(dòng)機(jī)一樣的調(diào)速性能。
　　交流變頻調(diào)速傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：
　　1.可以使普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
　　2.啟動(dòng)電流小，減少電源設(shè)備容量。
　　3.啟動(dòng)平滑，消除機(jī)械的沖擊力，保護(hù)機(jī)械設(shè)備。
　　4.對(duì)電機(jī)具有保護(hù)功能，降低電機(jī)的維修費(fèi)用。
　　5.具有顯著的節(jié)電效果。
　　由于交流變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)具有上述特點(diǎn)，已開(kāi)始取代直流調(diào)速裝置，成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。變頻調(diào)速在調(diào)頻范圍、靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、完善的保護(hù)功能、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過(guò)程控制等諸方面是以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等無(wú)法比擬的。它是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想最有前途的調(diào)速方案，代表今后電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。
　　二、變頻技術(shù)在設(shè)備中推廣應(yīng)用的必要性
　　工藝流程中要求設(shè)備的電氣傳動(dòng)穩(wěn)定，點(diǎn)動(dòng)、啟動(dòng)及升降速都應(yīng)平滑實(shí)現(xiàn)，這樣才能使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、均勻。在化纖設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中，都是由皮帶、聯(lián)軸器、鏈條與齒輪來(lái)承擔(dān)，由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)硬度的原因，在點(diǎn)動(dòng)與啟動(dòng)過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)皮帶、鏈條打滑，齒輪沖擊等現(xiàn)象。在機(jī)械傳動(dòng)輪系中，齒輪越多，造成齒輪損傷的概率就越大，應(yīng)用交流變頻技術(shù)就能夠很好地解決平滑啟動(dòng)，消除機(jī)械啟動(dòng)時(shí)的沖擊力，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，減少傳動(dòng)中間環(huán)節(jié)、變速裝置數(shù)量，降低維護(hù)檢修工作量和維修費(fèi)用，滿足生產(chǎn)工藝要求，提高粘膠質(zhì)量。應(yīng)用此技術(shù)在生產(chǎn)條件變化的情況時(shí)，不需改變牙齒、皮帶輪或人工憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整無(wú)級(jí)變速器，設(shè)備工藝轉(zhuǎn)速的改變只需通過(guò)變頻設(shè)定就可完成。近三十多年來(lái)變頻調(diào)速已在鋼鐵、冶金、石油、化工、紡織、化纖、輕工、造紙、橡膠、塑料、電力、水務(wù)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。低壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用已非常普及和成熟。高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速也正在被人們關(guān)注和逐步應(yīng)用。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速除了有卓越的調(diào)速性能之外，還有顯著的節(jié)約電能和保護(hù)環(huán)境等重大作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。
　　三、交流變頻技術(shù)在化纖設(shè)備中的應(yīng)用
　　1.交流變頻調(diào)速在新型國(guó)產(chǎn)棉紡設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。
　　在2000年第七屆中國(guó)國(guó)際紡織機(jī)械展中，F(xiàn)A201B梳棉機(jī)、FA326并條機(jī)、FA423粗紗機(jī)、FA710高速并條機(jī)、FA231倍捻機(jī)均采用變頻調(diào)速。新型國(guó)產(chǎn)細(xì)紗機(jī)F1513系列、F0128系列采用PLC，可編程序控制，變頻調(diào)速、紡紗全程可根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行調(diào)速紡紗。特別是EJM128JL型細(xì)紗機(jī)1008錠，錠速可按10段變頻調(diào)速控制。FA716并紗基礎(chǔ)集體變頻調(diào)速，還可根據(jù)不同品種的需要，實(shí)行單錠，分組或分段變頻調(diào)速，適應(yīng)棉毛等多品種并紗卷繞的要求。
　　2.交流變頻調(diào)速在壓榨機(jī)中的應(yīng)用。
　　壓榨機(jī)老式機(jī)械在設(shè)計(jì)方面由于受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件、設(shè)備制造成本，市場(chǎng)需要等因素的限制不可避免地存在著一些缺陷。如R051型壓榨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的無(wú)級(jí)變速器由于故障率較高，經(jīng)常造成丟轉(zhuǎn)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)停車(chē)，給生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量造成一定的損失，要保持與維護(hù)需投入大量的人力與物力。為避免這種現(xiàn)象，用不當(dāng)?shù)牟僮鬓k法來(lái)彌補(bǔ)設(shè)備缺陷，同樣是不可取的。為了使壓榨機(jī)達(dá)到可調(diào)速的目的，在機(jī)械傳動(dòng)中設(shè)計(jì)了無(wú)級(jí)變速器，蝸輪箱，用機(jī)械的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一設(shè)計(jì)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但存在著傳動(dòng)中間環(huán)節(jié)多，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)檢修工作量大、費(fèi)用高，運(yùn)行穩(wěn)定性較弱、故障率較高等缺點(diǎn)。采用了交流變頻調(diào)速加擺線針減速箱減速，從而實(shí)現(xiàn)了升、降速平滑，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，壓輥轉(zhuǎn)速的任意調(diào)節(jié)，為老式機(jī)械改造提供一個(gè)好的范例。對(duì)R051老式機(jī)械進(jìn)行交流變頻調(diào)速改造，不但能夠提高設(shè)備性能，運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低故障停機(jī)，降低維護(hù)檢修的工作量及維修費(fèi)用，而且減輕了其他零部件因變速不穩(wěn)定造成的損害，還能提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，可靠地保障了工藝生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定。
　　3.變頻調(diào)速在空調(diào)中的應(yīng)用使節(jié)能顯著。
　　在空調(diào)風(fēng)機(jī)控制中應(yīng)用，可根據(jù)車(chē)間環(huán)境條件對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，擴(kuò)大了調(diào)節(jié)范圍，因風(fēng)機(jī)大部分工作在50-80%的效率中，這樣就具有良好的節(jié)電效果高達(dá)60%左右。在水泵控制應(yīng)用中，可根據(jù)水量調(diào)整供水水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了接近恒壓供水。
　　變頻調(diào)速是風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能的最佳方案。根據(jù)流體理論，離心式風(fēng)機(jī)水泵的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低后，其消耗功率會(huì)大幅下降，例如50%轉(zhuǎn)速時(shí)，軸機(jī)械功率僅為12.5%。當(dāng)然不同的調(diào)速方案的效率相差很大，滑差后液力調(diào)速裝置效率不高，η≈（1—S），在50%轉(zhuǎn)速時(shí)，η≈50%，而變頻調(diào)速器效率，效率因數(shù)高，η≈95%—98%，而且近似不變。所以在諸多調(diào)速方案中變頻調(diào)速節(jié)能效益最佳，理應(yīng)為首選方案。
　　舉例：同一風(fēng)機(jī)水泵，100%轉(zhuǎn)速流量時(shí)，軸功率為100%；50%轉(zhuǎn)速流量時(shí)，軸功率降為50%。
　　若采用擋板，閥門(mén)控制到50%流量，仍需從電網(wǎng)吸入70—80%的功率；若采用滑差低效調(diào)速到50%，則需從電網(wǎng)吸入≈25%的功率；若采用變頻高效調(diào)速到50%流量，僅需從電網(wǎng)吸入10%功率。
　　現(xiàn)如今更應(yīng)該在大容量高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)水泵和壓縮機(jī)上推廣應(yīng)用高壓變頻調(diào)速節(jié)能。理由很簡(jiǎn)單，在節(jié)電率百分比相同的情況下裝機(jī)容量愈大，其絕對(duì)節(jié)電量也愈大。
　　四、交流變頻調(diào)速技術(shù)在化纖設(shè)備上推廣應(yīng)用的可行性
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)在新型化纖設(shè)備中已比較廣泛。目前我公司服役的化纖設(shè)備中推廣應(yīng)用的較少。棉紡織技術(shù)雜志閻磊主編曾在《我國(guó)紡織工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的思考與建議》［2000.1］一文中提到采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)紡織設(shè)備問(wèn)題，現(xiàn)我公司所使用的設(shè)備大都是七、八十年代設(shè)計(jì)生產(chǎn)的設(shè)備，這些設(shè)備從機(jī)械狀態(tài)來(lái)講仍可使用相當(dāng)一段時(shí)間，近期全部更新是不可能的，但對(duì)其進(jìn)行部分電氣傳動(dòng)改造是完全可行的。
　　五、結(jié)論
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)在化纖設(shè)備上的應(yīng)用是必要的，對(duì)傳統(tǒng)的化纖設(shè)備推廣應(yīng)用也是可行的。
　　現(xiàn)正在服役的化纖設(shè)備中交流變頻技術(shù)應(yīng)用較小。這里的因素很多：一是目前運(yùn)行的設(shè)備大多是七八十年代設(shè)計(jì)出產(chǎn)的，但是這一新技術(shù)還未得到應(yīng)用；二是近年來(lái)化纖行業(yè)效益不佳，沒(méi)有能力應(yīng)用這一新技術(shù)，在設(shè)備選型上，由于價(jià)差因素放棄了采用新技術(shù)的設(shè)備；三是管理水平與維修力量不佳，而不敢選用技術(shù)含量高的設(shè)備。但隨著社會(huì)的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展和加入WTO，就必須提高現(xiàn)有化纖設(shè)備的裝備水平，增加技術(shù)含量，提高在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。