[经典案例] 纺织机械上的变频器应用

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发表于 2015-11-23 10:19 |只看该作者 |正序浏览

纺织机械上的变频器应用

来源：大连普传科技股份有限公司
我国的纺织行业仍旧是属于劳动密集型产业，环境恶劣且用电量大，因此实现生产线自动化并最大限度的节电是未来发展的必然趋势。纺织机械中常用的有细纱机、卷线机、筒子机、染色机、定型机、粗纱机、整烫机、圆盘针织等，都可选用变频器来进行调速，这样既可以一机多用，又可以无级调速，速度精度高，速度值稳定，调速方便简单，对提高产品产量、保证质量，减少断线，适用不同规格的生产需求，减轻劳动强度等，确实是个无可比拟的、又经济实用的方案。
纺织行业应用变频器的领域主要在化纤、天然纤维纺纱、织造、染整四大块。为了协调好纺织行业中的各个工序，各种纺机都要进行变频调速，实现无缝衔接。目前变频器在纺织设备上应用很普及，从清花、梳棉、并条、粗纱、细纱、络筒、整经、浆纱等均已采用。纺织设备上应用的变频器的容量范围为 0.37KW—500KW，其中90%以上为0.37KW—37KW。变频器在纺织机械上的使用可分以下几类：
第一类：一台主机选用一台变频器控制一台电动机，如并条机、粗纱机、细纱机等；
第二类：一台主机选用一台变频器控制多台电动机，如并纱机、气流纺机（单锭单电机传动型）等；
第三类：一台主机用多台变频器分别控制多台电动机，并由计算机控制多电机协调同步，实现卷绕成形功能，如取消锥轮的新型粗纱机、取消长边轴传动和无级变速器的新型浆纱机，分条整经机等。
图表：纺织机械主要负载
纺织工序主要机械功率范围
化纤长、短纺丝机、卷绕机、螺杆挤出机、后加工机 0.75-280kW
纺纱清棉机、梳棉机、并条机、粗纱机、细纱机 0.75-37 kW
织造络筒机、整经机、浆纱机、针织机、高速无梭织机 0.2-22 kW
染整烘燥机、染色机、印花机、烫光机、起毛机、定型机 1.5-30 kW

纺纱工艺流程中要求加工设备的电气传动稳定，点动、启动及升降速都应平滑实现，这样才能是纤维的牵伸均匀。而棉纺设备的传动系统，都是由皮带与齿轮来承担，齿轮越多，造成齿轮损伤纺织品的机率就越大。同时电动机启动硬度的原因，在点动与启动过程中，不可避免地会出现皮带打滑，齿轮冲击等现象，影响设备的使用寿命。采用交流变频技术就能够很好的解决平滑启动，消除机械启动时的冲击力，实现无级调速，满足生产工艺要求，提高成纱质量。应用此技术在纱支品种变化的情况时，不需改变牙齿或皮带轮，设备工艺转速的改变只需通过变频设定就可完成。
变频调速在粗纱机上的应用取代了防细节装置。粗纱机的筒管卷绕与前罗拉的转速在开停时容易产生差异，造成粗纱张力的过大与过小，这样就很容易形成粗纱的粗细节，为了减少粗细节的产生，在粗纱机传动设计有电抗器，时间继电器加电磁离合器，统称为防细节装置。不过此种防细节装置在实际使用过程中存在严重的缺陷：一是如果时间继电器一旦出现问题，就会使电机长期处于三相不平衡运行，造成电机过热而烧坏；二是停车用的电磁离合器的离合时间是通过两个时间继电器配合调节来实现的，使粗纱的松弛程度掌握难度较大，电磁离合器的故障也较高。目前新型粗纱机及老机改造均可采用变频器进行交流变频技术改造。这样便使这一工艺难题得以解决。
变频调速在浆纱机上的应用减少了机械结构和电机。在浆纱老机改造中采用交流变频调速，可减少原设计中的第一组机械无级变速器，同时省去了一个伺服电机和一个慢速电机。而在满足上浆工艺上，车速由慢速、主机加升降速改造成了车速由启动道工艺车速的无间断无级调速，为车速变化调整压力实现浆纱上浆率均衡提供了条件。
变频调速在纺织空调中应用节能显著。在空调风机控制中应用，可根据车间环境条件对风机进行无级调速，扩大了调节范围，因风机大部分工作在50-80%的效率中，这样节电效果高达60%左右，在水泵控制应用中可根据水量调整供水水泵转速，实现节能同时也实现了接近恒压供水。
以梳棉、粗纱两个工序的设备实施变频技术改造为例。一个5万锭生产规模的棉纺企业，梳棉工序配置80台左右设备，粗纱工序配置20台左右设备。若梳棉机为186D或A186F型，其改造费用约为28万元左右，但在变频技术改造过程中取消了电磁离合器、2个接触器，还有中间继电器和整流器等。这些电气材料节约近1000元，且有效保护道夫电机和道夫传动轮系，降低故障率，减少了维修费用。这样每单台可节约材料费用1200元，80台就可节约9.6万元。通过简单测算，投资回收期为4.35年，总投资收益率为22.97%。粗纱机的变频技术改造也具有良好的性价比。粗纱工序全部改造费用为22万元，也可节约电抗器、接触器、时间继电器、电磁离合器等材料消耗。

进入纺织机械行业的变频器品牌较多，国内外都有，这里简要介绍对比一下国内几家知名的变频器公司的纺织专用变频器：

公司台达英威腾欧瑞
产品 CT2000 200A FZ3000
输入电压范围三相380V~480V+10%/-15% 频率50/60Hz
功率 11~90kW 0.75~500kW 0.75~22kW
控制方式 V/F控制，矢量控制
安装方式穿墙式安装壁挂、法兰、落地安装穿墙式安装
散热方式无风扇设计，搭载高效率散热片强制风冷，独立风道设计强制风冷，独立风道设计，进风口增加可方便拆卸的防尘罩
保护方式过压、过流、输入欠压、输出缺相、输出短路、过热、过载等丰富的保护功能
IP等级 IP20
由此可见，三家变频器公司的的产品定位是不同的，其各个变频器产品的特点也是不同的。
相对通用型变频器而言，纺织专用变频器都是在其基础之上发展出来的，由于纺织机工作期间车间空气中会有棉尘飞花或绒毛飞舞，若采用通用型变频器空中飞舞的绒毛等易在散热风扇处积储，当积累到一定程度会造成堵塞，从而损坏变频器；而纺织机专用变频器采用更有效的散热方式，一是使用外机附加较大的散热片对变频器功率模块散热，二是重新设计变频器的结构，分成上下2层，设计独立的风道设计，因此有的纺织专用变频器的体积也比普通能用变频器略大些，方便于散热。其他方面的性能、优点、功能方面与通用变频器基本相同。比如欧瑞的纺织专用变频器FZ3000是通用型变频器FZ2000的升级完善版，台达的纺织专用变频器CT2000是以通用型变频器C2000为基础发展起来的。
纺织机专用变频器是专门为纺织机械行业开发的高性价比控制系统。该行业选用变频调速主要是从调速性能和满足生产工艺要求以及机械其他外部因素等角度来考虑的设计，具有维修量少、成品率高等优点。　
中国的纺织行业方兴未艾，纺机设备技术进步和更新换代的速度将越来越快。变频器作为纺机设备的配套部件，将在提高纺机性能、改善纺织工艺、节约能源等诸多方便表现出越来越重要的作用。面对巨大的、高速增长的和快速变化的变频器需求市场，普传将会一如既往地挖掘对纺织行业对变频器最新的需求，及时开发出新的产品，为纺织行业提供更好的、更适用的变频器。