变频器在纺织工业中的应用市场

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1 引言
近年来我国纺织工业得到快速发展，例如2004年聚脂纤维的年生产量已达2400万吨，其中涤纶1138万吨，锦纶66.8万吨，晴纶66.2万吨，丙纶27.5万吨，纤维素纤维96.6万吨，我国化纤产量已占世界总产量的40%以上。近几年每年新增约800万以上的纺纱锭，我国年纺纱能力已达6000万锭以上，与此同时，纺织机械的年产量和技术水平也得到不断提高，并呈现出新的发展特点，由于这一发展，纺织工业应用变频器范围越来越广，数量越来越多，已成为变频器的巨大市场，引起世界众多变频器生产，经营者的关注。

2 纺织机械发展的新特点
2.1 从恒速到变速
不少传统的纺织机械长期以来均为恒速运转，随着纺织工业的发展和市场的竞争以及人们对衣着的要求越来越多样化，纺织生产工艺提出了更高的要求，传统的纺织机械已不能满足要求，必须更新换代。传统的细纱机、粗纱机、针织园机等主传动均由不变速运转改为变速运转，促进这一变化的主要有以下三方面的原因。
(1) 为提高纺织产品的质量
单机在生产多种纺织品时，需要采用不同的速度，老式办法是靠更换传动齿轮或皮带轮等来完成，存在着麻烦、费时、停机时间长的问题，改为变频调速后可以方便变速。
随着生产速度的提升，产量的增加，纱线或织物在卷绕过程中，随着卷径的增大，轴（或辊）的转速应随之连续地降低；卷染机在收卷和放卷的过程中，卷布辊的转速也应随着卷径的增大，连续不断地作相应的变化，以便满足纱线或布的张力为恒定的工艺要求，细纱机、粗纱机等改为变频调速后可实现不断头或少断头。
(2) 为提高纺织机械工作效率
细纱机锭子在纱线开始卷绕（即小纱）时或卷绕即将结束（即大纱）时易断头，转速应降低，而在中纱时，则应适当尽量增加车速，即按照纺纱曲线运转以提高机械工作效率。
(3) 为节省能源
纺织机械或纺织生产厂家使用大量风机或泵类负载，通过变频器调节其转速来调节风量或流量的方法，与老式通过调节风门或阀门的方法相比，可明显的节能效果。
2.2 从单电动机传动到多电动机传动
由于纺织品的品种不断增加，提高纺织产品质量的要求日益增长，同时，降低劳动强度的呼声日渐增强，不少纺机由单电机传动改为多电动机传动，例如传统梳棉机仅道夫是变速运转，而新型梳棉机已改为5台电动机变速传动；除道夫外，锡林、给棉罗拉、盖板清洁辊，圈条器均改为单独电动机变速传动，粗纱机也改为4台电动机分别传动锭翼，牵引罗拉，筒管和龙筋升降。涤纶短纤维后加工联合机从导丝机到四道牵伸机也由单电动机加长边轴和齿轮变速箱传动，改为6台电动机分别传动导丝机、1、2、3、和4道牵伸机以及紧张热定型机，由此，大大简化了机械结构，降低噪声，减少占地面积，提高车速，增加单机产量，更改工艺方便，加工产品质量得到保证，当然采用多电动机传动后，各台电动机的运转控制要求更高，各电机均需要同步调速或比例同步调速或位置跟随等，目前，大多采用计算机控制技术和网络通讯技术来实现。
2.3 从直流调速到交流变频调速
由于众所周知的原因，纺织机械的直流调速从80年代末开始逐步被交流变频调速取代，到上世纪90年代中期，新设计的机型基本上都采用交流变频调速传动，近些年，老机改造中，不少直流电动机均已退役，目前还有约10%的直流电动机尚须改造为交流调速。
2.4 从电气传动发展到运动控制
传统的纺织机械电气传动电机基本上是三大类:一是直流电动机（含并激，他激和串激直流电动机）;二是交流异步电动机（含笼式和绕线式异步电动机以及电磁调速异步电机）;三是同步电动机（含永磁和激磁式同步电动机）。采用各种控制方案对电动机速度按各自规律进行控制，以满足各种纺织机械对运转速度的不同要求。随着纺织机械水平的发展和生产工艺对纺机设备的要求的不断提高，对纺机运转速度的控制要求越来越高，越来越多样化，传统的电气传动已不能满足当今纺织机械的需要，例如：
(1) 伺服电机的应用
自动络筒机打结循环要求准确定位，精密络筒机导丝机构要求快速往复运动；喷气和剑杆等无梭织机的电子送经，电子卷取等需准确控制经纱的送出量、卷取量；平网印花机导带前后传动辊要求保持严格同步运转；园网印花机的园网为保证园网与导带以及网与网之间严格同步运转，近年都采用了伺服电机驱动,解决了位置和速度的同步控制。
近期新推出的细纱机采用多台伺服电机分别驱动前、中、后罗拉，钢领板升降以及集体落纱，取代了传统的齿轮传动，降低了噪声，有利于提高成纱质量和纺纱工艺参数的改变。
(2) 步进电机的应用
电脑刺绣机框X、Y方向的移动是采用两台步进电机分别驱动,以保证刺绣图案的精细；单轴流开棉机尘捧采用步进电机驱动，有利于尘棒位置或尘格角度的调节，此外帘子线直捻机横动导丝机、分批整经机压辊加压、分条整经机织轴和整径台的横移、前后移等均采用了步进电机驱动。
(3) 开关磁阻电机的应用
采用开关磁阻电机驱动剑杆织机主轴的样机已推出，经试用效果良好。
由以上可看出，伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等已广泛用于纺织机械，控制各旋转轴的运动，当今的纺织机械已发展到运动控制，即将电网，整流器、变送器、电动机、生产机械和控制系统作为一个整体来考虑，使控制更加优化，整机的机电一体化水平提高了一个挡次，在国际市场的竞争力也得到了提高。
2.5 从现场控制发展到远距离控制
90年代以前的纺织生产线均在生产现场操作如起劲、停止、升、降速，工艺参数的设定、修改、监控、生产机械运行状况的监视等均在生产现场进行。由于网络技术的发展和推广应用必将逐步实现远距离控制，现场设备的各种工艺参数都将通过现场总线或工业以太网输送到总线控制网络的主站，而各主站再通过工业以太网把控制信息输送到集中控制室和操作员站或工程师站，在集中控制室便可监视现场设备的运行状况和各种工艺参数，并可设定、修改工艺参数、向现场发出开停车指令，实现生产线的远距离控制，目前，年产3万吨至8万吨的涤纶纺丝和后处理生产线已采用现场总线和工业以太网技术实现了远距离控制，另外，年产一万吨腈纶生产线，浆纱机、拉幅定型机，园网印花机等已应用Profibus总线，自动络筒机、粗纱机、梳棉机、热熔染色机等已应用CAN总线，远距离控制将在纺织生产中逐步推广应用。
纺织机械是纺织工业发展的基础，纺织业的发展又给纺织机械的发展带来了机遇，创造了条件，纺织机械的发展又为变频器提供了巨大市场，近些年来纺织工业应用变频器的数量越来越多，容量越来越大。

3 纺织机械设备年配套用变频器
从纺织和纺机的发展可看出，纺织业对变频的需求量，近十余年来，每年有较大的增加，下面是按照2003年中国主要纺机年产量统计表和每台纺机产品所使用变频器数量进行粗略统计的。应该说明的是纺织机械品种繁多，型号规格数千种，有关厂家分布全国各地，因而比较准确的统计是不可能的，应该说实际数目比本文统计数还大。
3.1 棉纺织机械设备配套用变频器
棉纺织机械设备配套变频器如表1。


表1说明:
（1）该表中年产量主要根据2003年主要纺机年产量统计表,有些企业尚未计入；
（2）表1中其它纺机系抓棉机、指开棉机、成卷机、喂棉箱、捻线机、包覆纱机等等年产量不大的诸多机型；
（3）棉纺织设备年配套变频器合计55754台；
（4）棉纺织设备配套变频器功率范围为0.75-90kW
3.2 化纤机械设备配套用变频器
涤纶设备配套用变频器如表2。


表2说明：
（1）表2中年产量主要根据2003年主要纺机统计表并补充其它有关企业的数据；
（2）涤纶纺丝及后加工设备配套变频器7547台；
（3）化纤生产设备配套变频器的功率范围为0.75-560kW；
（4）锦纶、晴纶、丙纶、粘胶纤维等生产设备配套变频器约5000台，各种辅助设备（含空调、水泵等）配套变频器约2000台，因此，化纤设备年配套变频器数为14547台。
3.3 其它纺机设备配套变频器
其它纺机设备配套变频器不一一列表，具体数据如下：
(1) 染整设备配套变频器为11000台以上，功率范围为1.5～30kW；
(2) 针织设备配套变频器为18000台以上，功率范围为1.1～10kW；
(3) 毛纺设备配套变频器为1000台以上，功率范围为2.2～15kW；
(4) 丝纺织设备配套变频器为1000台以上，功率范围为1.5～10kW；
(5) 非织造布设备配套变频器为1000台以上，功率范围1.5～30kW。
从以上看，纺织机械设备每年配套用变频器约10万台。
4 变频器在纺织工业中的市场巨大
4.1 纺织机械生产配套用变频器数量大
从上述可见，每年纺织机械生产配套用变频器数量在10万台以上，现在还有部分纺织机械产品的主传动还未采用变频调速，特别是无梭织机的产量大，每年有3万台以上，预计3～5年后无梭织机主传动可望采用变频调速，另外单电机传动改为多电机传动的梳棉机，粗纱机等的推广，也需要3～5年以上的时间，因此3～5年后纺机配套用变频器数量估计在15万台以上。
4.2 纺织厂老设备技术改造或技术创新项目对变频器的需求不可忽视
全国有十余万家纺织企业，估计有20%以上的厂家每年对变频器有需求，包括空调、水泵等节能改造，每年对变频器的需求量在10万台以上。
4.3 变频器的维修或更新量大
纺织行业使用变频器已有15年以上的历史，特别是1993年以后各纺织厂开始大量使用变频器，现有近百万台变频器在纺织厂中使用，每年需要维修更新的变频器在10万台以上。

5 结束语
综上所述，当今纺织工业对变频器的年需求量为30万台以上，现还有不少纺织机械产品主传动尚未采用变频器，例如无梭织机（剑杆、喷气、喷水织机等）逐步在取代有梭织机，无梭织机的年产量已超过3万台其主传动几乎尚未采用变频调速，而国外较先进的无梭织机，例如剑杆织机采用变频调速或开关磁阻电机调速后，可大大减少传动齿轮，另外传动皮带、皮带盘、刹车盘和离合器均被取消。国产无梭织机采用变频或磁阻电机调速，其中有价格问题，也有技术问题，例如无梭织机需要5～7倍以上的起动转矩，使织机快速起动，以减少因停车造成的稀密档，这需要同行的努力和支持，（包括价格和技术），使无梭织机的变频化早日实现，预计3～5年后，年需求量可望达到35万～台40万台，数量巨大。若平均每台变频器容量为5～7.5kW，则每年需求变频器容量为175万kW～300万kW。该市场遍及全国各地，尤以江苏、浙江、广东、山东、上海、北京、山西、河南、等地更为集中。