优利康变频器在高速剑杆织机主传动系统上的应用
关键词：剑杆织机 主传动 变频器 快速响应
一，前言
剑杆织机是最为常用的一种新型织机。由于其结构合理, 电气自动化程度高, 性能稳定, 效率高, 产品质量好, 原料和品种适应范围广, 在织造技术领域被广泛应用。但在生产实践中, 要针对不同品种, 根据织物组织结构、风格、经纬纱线原料和经纬密度等把握不同的织造工艺。而目前剑杆织机的电控技术发展迅速, 其工艺参数基本都可由电气(或数码) 控制。
主传动系统既要保证织机迅速的起动和制动，又可便于操作。首先，平时经纱断头操作时织机停在上心，或300°左右平综位置上，起动时要求织机当转动到前心打维时已获得正常车速，保证第一维得到确实打维，防止发生稀路织疵。其次，每当纬纱发生断头或引维发生故障失灵时，要求把织机迅速制动在后心位置，以便操作和处理断维，每当经纱发生断头时，要求迅速制动织机，使其停在上心或平综位置，以便处理断经。第三，织机具有按钮控制点动、一维、开车、关车等功能，都需要主传动系统能快速平稳的起停。
二，间接传动的主传动系统
目前，大多数剑杆织机的主传动部分都采用间接传动形式，在电机到主轴的传动链中含有离合-制动装置。起动时，离合器的线圈通电，磨擦片合紧到主动轴，主电机的动力依靠磨擦片传动到织机的主轴。当停车信号发出时，电磁线圈断电，释放摩擦片，同时接通离合器的另一个线圈，使摩擦片合紧到机架一侧，这样织机的主轴就被迅速制动，此时电机还是处于运行状态，一旦重新发出运行信号，织机能在短时内迅速起动。这种传动形式传动机构比较复杂，摩擦片的寿命也较短，并且在织机停止时，电机仍然在空转，也消耗一定的电能。但这种机构在电机的主动轴上装有惯量，所以保证了起动的快速与及时，停止时惯量与织机轴脱开，又能保证快速的制动。所以这种传动方式仍是目前剑杆织机的主流传动方式。
由于间接传动所具有的这些特点，在选择电机功率时，可以降低对电机的起动要求。但是，在选择变频器时，就需考虑起动时突然加负载电机的速度降，以保证第一次打维的确实有效。因此就需要变频器在负载突变时快速的转矩响应。普通V/F控制的变频器不具备对负载的补偿功能，所以用这类变频器驱动时，起动时的速度降比较大，因此一定要选择高性能电流矢量控制变频器。优利康变频器是真正电流矢量控制的变频器，在无PG矢量控制时，具有对负载转矩的补偿功能，对负载突变有快速的响应。在佛山某纺机厂实际测试时，打第一维时速度达到额定转速的90%，保证了第一维的质量。以下是优利康变频器在实际使用时的接线原理图。







控制原理：变频器的运行频率分高速与低速二档，通过端子5和端子7来选择，高速与低速的频率指令通过通信方式给定；正反转指令由上位机给出；变频器的报警信息返回给上位机，以便变频器发生故障时控制系统能做出迅速响应。
调整参数如下：

B2-01=1.5Hz
B2-02=90%
B2-04=1.2s
C1-01=1.5s
C1-02=0.1s
C3-01=0.6
C3-02=800ms
C3-03=95%
C3-04=1
C4-01=1.10
C4-02=150ms
C6-01=4.5kHz
C6-02=4.5kHz
D1-01=30Hz
D1-03=32.74Hz
D1-09=3.11Hz
E1-01=380v AC
E1-04=50Hz
E1-05=380v AC
E1-06=50Hz
E1-07=2.5Hz
E1-08=40v AC
E2-01=20A
H5-01=1
H5-05=0
L1-01=0
L3-01=0
L3-04=0
L5-01=10

V/F 控制

在实际工作时，测得的前五维的转速如下：286、312、342、350、350，在第三维时，基本已达到额定转速，完全满足剑杆织机对变频器的要求。
三，直接传动的主传动系统
尽管间接传动有起动、制动迅速的优点，但间接传动的机构复杂，离合器的寿命也较短，因此，目前也有一些纺机厂逐步在试验和推广直接传动形式的高速剑杆织机。直接传动的剑杆织机电机通过皮带直接将动力传递给主轴，因此在电机与主轴之间的传动链上不存在离合器，机构较简单，并且当织机以任何方式停机时，电机均随之停止运转，避免了电机的空转，一定程度上起到了节能的在作用。但是，为了迅速的起动与制动，必须要配备较大功率的电机，以提供足够的起动与制动转矩。因剑杆织机有高速及低速二种速度，所以直接传动方式基本都配有变频器。从电机原理知道，异步电机固有的自然特性，起动转矩只有额定转矩的120%~130%，而最大转矩是额定转矩的280%~300%,所以限制了电机起动时的加速度。如下图所示。










而用变频器起动电机时，电机是运行在一组平移的特性曲线上，从下图可以看出，电机起动时的输出转矩基本保持在最大转矩点，从而可以保证电机迅速地起动，缩短了起动时间，达到了剑杆织机对起动的要求。









从上图中可以看出，起动时，随着变频器输出频率的增加，电机运行时从较低的特性曲线逐步转移到较高的特性曲线运行，但基本运行在曲线的拐点处，即最大转矩处，保证电机获得了最大恒定的加速度，最大程度地缩短了起动时间。
但是，上图是理想变频器调速时的曲线，目前高性能的矢量控制变频器基本能达到如上图所示的性能，而普通V/F控制的变频器，由于低速时，电机绕组的电阻影响增大，导致低速时特性曲线变软，低速起动力矩减小，无法保证对电机快速起动的要求。
所以，在直接传动的剑杆织机上使用变频器时，只能选择高性能的电流矢量控制变频器。以下是优利康变频器在佛山一纺机厂实际使用的案例。
该织机的主传动电机是5.5KW，考虑到纺织厂的棉絮非常多，容易堵塞电机的散热风道，所以取消了该电机的散热风扇。因电机功率的选择考虑了起动与制动的要求，正常运行时的功率只用了30%~40%，因此，正常运行时的电流非常小。实际使用的是优利康YD5011T4-11KW的变频器。接线图如下所示。









四，正常运行时的节能控制
与前面间接传动的图对比，该控制系统增加节能控制端子。这是为了满足织机对驱动系统的要求所设。起动与制动时，变频器输出全额转矩（甚至150%的加速转矩，优利康变频器在无PG矢量控制时，1Hz输出频率时即有150%的输出转矩），但在正常运行时，接通节能端子，使变频器降低输出电压，在负载转矩比较低的时候，能有效降低输出电流，既起到了节能的效果，又降低了电机温升，保证电机即使在没有散热风扇的情况下也不至于温度过高。
优利康变频器节能控制的原理如下。








织机正常起动后进入运行状态，如一切正常，即送出节能控制指令，变频器随即降低输出电压，达到节能的效果。
参数调整基本与间接传动时一样，增加以下参数用于节能控制。
C1-01=0.5S H1-04=63 b8-01=70% b8-02=40
五，总结
由于优利康变频器优异的低频力矩输出性能、很高的过负载驱动能力、精确的电流矢量控制，所以能对负载的波动做出迅速的响应，无论是起动还是制动，优利康变频器均能输出150%以上的力矩，保证了起动与制动迅速准确。因此，无论是间接传动方式还是直接传动方式，优利康变频器均能达到高速剑杆织机对变频器的要求，使高速剑杆织机起动快速平稳，运行稳定，制动迅速可靠。

上图是优利康变频器在直接传动方式的剑杆织机的应用现场图片