1、变频器在主要纺织机械上的应用摘要：本文介绍了中国纺织行业以及纺织机械行业的基本状况和发展趋势，变频器作为改善工艺和节能传动设备在纺织行业市场空间巨大。作者通过对纺织机械资料的收集，对纺织行业变频器的市场和应用需求进行了分析和总结。同时结合四方变频器产品系列的特点，针对不同纺织机械的需求，提出了变频传动的解决方案。 关键词：纺织；变频器；市场需求；解决方案1 概述由于近几年纺织行业技术改造的主要投入在扩展生产能力，加之纺织机械技术更新快，目前变频器 80%以上是由纺织机械厂采购配套在主机设备中，再销售给最终用户纺织生产厂家的。我们对变频器需求量分析只聚焦于这个配套市场，或称为 OEM 市场。不过
2、纺织设备几乎 24 小时连续工作，损坏和老化的速度快，另外 20 世纪 90 年代跟 21 世纪前期上马的不少电气系统已进入报废期，因此变频器在纺织厂还有一定的改造市场，而且所占比例将会逐年增加。1.1 变频器市场应用前景据分析，变频器对纺织机械业的供求量，将逐步增加。变频器在纺织机械业的发展是巨大的，纺织机械业在变频器的基础上，发展将极速加快。总而言之，纺织机械业对变频器的需求是越来越大的。据了解，纺织机械业受 08 年金融危机的影响，出口量大幅度下滑，但是随着亚洲纺织业开始复苏，纺织机械需求也出现了回暖景象，国际纺织机械业的绝大多数发货量都流向了亚洲地区。09 年纺织机械业进口前五位的国家
3、和地区都集中在亚洲，占全球方直接写进口总额的 56.62%，2010 年一季度意大利纺织机械订单增长41%，其中来自中国的订单增长了 110%，达到了 7000 万欧元，来自印度的增长 78%。达到 2300 万欧元。德国纺织机械今年一季度的订单增加了 130%。2011 年二季度，我国纺机行业工控指数与 2008 年同期相比呈上升趋势，达到 119。2011 年二季度纺机行业自动化产品市场规模超过 8 亿元，同比增长 46.8%，环比增长 7.5%；其中变频器应用最多，超过 40%，HMI 应用最少，占比只有 6%。2011 年二季度纺织机械行业小幅增长，环比上升 10%左右，同比增长超过
4、50%。从国内销售区域来看，该行业 2011 年二季度销售主要集中在华东、中南和华北地区，占比重达 98%，国内江浙、福建及新疆等地区需求旺盛。种种数据表明，变频器在纺织机械业的发展潜力是巨大的，随着纺织机械业的发展壮大，对变频器的需求量也是越来越大，这促进了变频器的发展。1.2 常见纺织工艺流程纺织行业包括从纤维原料到服装，日用或产业用布料、绳、线的工艺过程中生产企业，以及为这些企业提供专用设备的配套企业。纺织行业的主工艺流程示意见图。 纺织行业应用变频器的领域主要在天然纤维纺纱、织造、染整和化纤四大块。对于服装、日用品等成品加工的缝纫机和绣花机，有采用交流伺服电机、无刷直流电机驱动的趋势，
5、也有变频器驱动异步机的尝试，但这不在本文讨论范围。 某纺织厂的电机功率分布情况如图，图中其他设备包括空调、供水供热、制冷和电梯等。由于变频器调速给纺织生产带来质量和效率的巨大改进，许多纺织厂都在积极研究和推广变频器应用技术，他们乐于接受带有变频器调速的纺机设备，对于旧设备的变频化改造热情越来越高。 1.3 纺织机械市场分布具中国纺织工业协会的统计数据表明，纺织行业主要集中在江苏、浙江、上海、山东、广东、福建等经济发达的沿海省份，其销售额占全国的 80%。湖北、河北、河南、安徽、天津、辽宁、四川、北京、内蒙古、湖南等中部省份占 15%，其余省份仅 5%。中国的纺机行业目前正在洗牌：纺纱、织布机械
6、仍然是中纺集团占据主导优势，江苏的一些合资企业尚具有一定竞争力。染整大部分集中在浙江和江苏的一些民营企业，中纺集团和上海太平洋的一些企业仍有一定市场份额。化纤和非织造布生产线的较新的产品，机械方面技术难度大，核心部件还需进口，国内纺机企业正在组织技术攻关。针织机械主某纺织厂电气设备装机容量分布要来自福建泉州等地的台资企业，但这些台资企业规模均不大，广州、宜昌等一些老牌国有企业有机会再次崛起。 中国纺织机械器材工业协会提出新型成套设备技术攻关项目：日产 200 吨及以上涤纶短纤维生产线；粘胶长丝连续纺丝机；高效现代化棉纺生产线（即单电机传动）；机电一体化的无梭织机；纺粘法和溶喷法非制造布生产线（
7、高速、带张力控制）；电脑提花圆纬机；电脑自动横机；高速特里科经编机；染整设备工艺参数在线检测；高效、节能、环保的染整设备。纺织工业科学技术发展中心提出了纺织工业技术进步发展纲要，涉及传动自动化设备的要求：“研究梳棉、并条、粗纱、细纱、络筒等单机的多电机独立传动和控制系统。在线检测和控制技术，单机自动化和工序连续化，解决国产清梳联、并条机自调匀整系统的稳定性和可靠性。” 1.4 纺织机械介绍变频调速器应用于纺纱机械中，可以说几乎各个工序的机械上都应用了。包括开清棉机、梳棉机、条卷机、精梳机、并条机以及粗纱机、细纱机和络筒机等。对于织造机械则有浆纱机、整经机等。另外针织机、无纺布、化纤机械、印染机
8、械上也大量适用了交流变频调速器国内纺织化纤机械主机厂对变频器的采购采购需求非常大（03 年就达到 6 亿元以上），由于纺织工艺复杂、机械品种繁多，按纺纱、织造、染整和化纤类整理其需求份额如图所示。 下面按纺纱、织造、染整和化纤机械对变频器的需求分别介绍。 全国重点纺织机械生产企业销售收入按省份完成情况2 纺纱机械 纺纱机械负责将棉、毛、麻、丝和化学纤维原料进行除杂、开松、牵伸成为均匀柔韧的细纱。工艺流程和主要设备见图。 大部分纺织设备对传动调速要求一般，保持一定的微张力卷绕控制特性，通用的 V/F控制变频器基本满足要求： 1） 调速电机功率范围 0.7537kW；2） 启动过程要求平稳，变频器
9、启动频率设置尽量低； 3） 制动过程要求快速，平稳； 4） 可编程的多段速度输出；5） 多电机级联运行要求速度同步； 6） 为使纱均匀地绕在锭子上，要求摆频，即纺织专用三角波频率输出；7） 配合自调匀整控制系统，对于高速或高性能的并条机需要矢量闭环控制变频器或伺服驱动系统。虽然近年来空调的引进，清花部分原料采用管道运输使纺纱车间的工作环境有所改善，但大部分纺纱车间仍然是高噪音、高温和多尘絮，这就要求变频器具有更强的恶劣环境下的适应能力。纺纱机械除了高速并条机、转杯纺机有部分进口外，基本都实现国产化。对变频器的总体要求是可靠性高、低成本，小型化。该图为纺织的工艺流程和主要设备纺纱2.1 主要纺纱
10、机械简单介绍：1）往复开棉机间歇下降的抓棉打手随着转塔和小车做往复运动，对棉包按顺序抓取的棉块经输棉管道被气流送至下道加工工序。抓棉打手和行走小车均采用交流异步电动机传动，变频调速2）单轴流开棉机适用于各种等级的原棉处理，是一种预清棉设备。主要由开棉辊筒、排杂打手组成。其中开棉辊筒使用变频调速。3）锯齿辊筒开棉机适用于将各种等级的原棉，即对经过初步开松、混合、排杂的原棉作进一步的开松、排杂。主要由开棉打手和给棉罗拉构成，都使用交流异步电动机传动。其中给棉罗拉为交流变频调速，根据需要调节给棉罗拉速度。给棉罗拉基本属恒转矩负载。4）多仓混棉机主要用于原棉与合成纤维的混和，并在气流作用下，将喂入的原
11、料均匀的吹到各个棉仓，达到气流混合。该机主要由输入棉风机、平帘、斜帘、剥棉、打手和输出棉风机组成。全机为交流异步电动机传动，均棉电动机、剥棉电动机为交流异步电动机传动， 不变速，其余单元机均采用变频调速。平帘、斜帘基本属恒转矩负载，但因调速范围不大，通常采用 V/F 控制方式通用变频器；而输入输出棉风机选用风机专用变频器。5）新型梳棉机梳棉机是将开清棉机制成的棉层进行开松、除杂、梳理和混合。主要构件有圈条器、盖板、锡林、给棉罗拉、道夫、喂棉箱、清洁辊等。给棉罗拉和盖板为电机传动，变频调速。一般情况，道夫和锡林要求电机传动变频调速精度要高，为直接转矩控制或矢量控制变频器，变频器转矩响应速度快和速
12、度精度控制高。（06 年统计市场统计需求量约为 13000 台以上，年所需配套变频器达到 16000 台以上，配套 PLC 达 13000 台以上。 ）6）开清梳联合机开清梳联合机包括抓棉机、混棉机、开棉机、清棉机、凝棉机、配棉箱、书面风机、清梳联喂棉箱及梳棉机等。清梳联合机主要用于将含有各种杂质和疵点的紧压包装的棉包或化纤包，进行开松、混和、除杂、梳理后，纺制出优良品质棉条。开清棉联合机再加清梳联喂棉箱和梳棉机即成清梳棉联合机。7）精梳机主要作用是：排除较短纤维，清除纤维中的扭结粒 (棉结、毛粒、草屑、茧皮等） ，使纤维进一步伸直、平行，最终制成粗细比较均匀的精梳条。全机采用 5 台电动机分
13、别传动全机主传动、分离罗拉、引出罗拉、牵引罗拉和毛刷，其中分离罗拉由伺服电动机驱动。毛刷由交流异步电动机传动不变速。其余 3 台均为异步电动机传动，变频调速。（06 年统计市场统计需求量约为 1600 台以上，年所需配套变频器达到 1500 台以上，配套 PLC 达 1600 台以上。 ）8）并条机并条机是将若干条棉条进行并合、牵引、集合为一根棉条的机器。主传动为变频调速，调速范围约为 5:1，一般采用无感矢量通用变频器，变频器应带有制动单元和制动电阻。（06 年统计市场统计需求量约为 9000 台以上，年所需配套变频器达到 1000 台以上，配套 PLC 达 8000 台以上。 ）9）粗纱机
14、它是把纤维条制成粗纱的纺纱机器。粗纱机主要作用是将并条后的熟条牵伸和加拈加工成不同支数和捻度的粗纱， ，并把粗纱卷绕成一定的卷装，以适应细纱机加工的要求。供细纱机仿制细纱。（06 年统计市场统计需求量约为 4000 台以上，年所需配套变频器达到 5000 台以上，配套 PLC 达 4000 台以上。 ）10）细纱机细纱机是将喂入的粗纱经牵伸、加捻，纺成细纱。细纱机是纺纱的主要机器,细纱的产量、质量是纺纱工艺各道工序优劣的综合反映。细纱机的生产单元是锭子，常以每千锭小时的产量( 公斤)来衡量细纱机的生产水平。纺纱厂生产规模是以拥有细纱机的锭子总数来表示的。每只锭子上所纺的纱会由于各种原因而断头，
15、常以千锭小时发生的断头数表示断头率。断头率的高低影响劳动生产率、设备生产率、细纱质量和车间含尘量。各种细纱机基本上都由喂入机构、牵伸机构、加拈和卷绕机构组成。细纱机是纺纱生产中耗能最多的机器。能够减少断头率、节约能耗，是细纱机技术水平高低的标志。（06 年统计市场统计需求量约为 20000 台以上，年所需配套变频器达到 20000 台以上，配套 PLC 达 20000 台以上。 ）11）转杯纺纱机转杯纺纱机是一种高速、高效、带排杂结构自排风式的自由端纺纱机，适纺于棉、毛、麻、丝、绢、涤纶、腈纶、粘胶、维尼龙、丙纶、锦纶及混纺。（06 年统计市场统计需求量约为 900 台以上，年所需配套变频器达到 2700 台以上，配套 PLC 达 900 台以上。 ）
