台达变频器VFD

【摘要】络筒机作为纺纱过程中的重要设备，近年来技术革新迅速。国外全自动络纱机在20世纪末已发展到第三代，具有精密卷绕、精密纺叠、精密定长、电子清纱、空气捻接、在线质量栓验及纱疵分级、节能降耗等特点。本文基于台达VFD-F变频器，论述其在自动络筒机负压风机节能控制上的应用。

【关键词】自动络筒机 变频器 节能 恒负压控制

一、引言

   自动络筒机是实现纺织企业产业升级的关键设备，国内市场每年有约2600台左右的需求量，上世纪90年代初，中国自动络筒机大部分依赖进口，主要进口机型为第二代和第三代自动络筒机。上世纪90年中期以来，青岛宏大公司和上海二纺机分别从意大利和德国引进第二代自动络筒机技术并形成产量，在引进消化吸收基础上，近年，两家公司分别于自主研发了第三代自动络筒机，并形成批量。目前我国棉纺织企业正在使用的各种络筒机的数量大约有3万台。

图1 络筒机在纺纱工艺流程中的位置

二、络筒机基本工序

   络筒(又称络纱)是织前准备的第一道工序，它的任务是将来自纺部的管纱或绞纱在络筒机上加工成符合一定要求的筒子。

   络筒工序可以概括为以下两点：

A. 由于钢领直径限制，使得细纱纱管上的容纱量十分有限，无法直接用于织造，通过络筒工序将原纱(或长丝)做成大容量圈套的筒子，提供给整经、卷纬、针织、无梭织机的供纬或漂染等工序。一般中特纱的筒子其绕长度可达10万米左右。

B. 清除纱线上的某些疵点、杂技、改善纱线品质。由纺厂运来的原纱一般有较多的外观疵点，在通过络筒机上的清纱装置时，可以清除其上的绒毛，尘屑及弱纱、粗结等杂质疵点，这样，既可改善织物的外观质量，又因剔除了纱线上的薄弱环节而提高了它们的平均强度，减少了纱线的后道工序中的断头。

图2 典型的自动络筒机

  目前市场第三代自动络筒机，上纱、清纱、退捻、断纱捻接、卷绕成形均实现自动控制完成，除此外，其技术先进性还体现在：

 a.筒纱张力均匀，密度均匀且可控;

 b.适应特殊卷装要求;

 c.筒纱长度精度的可控;

 d.适应各种不同纱线的络纱;

 e.络筒工序实现低能耗;

 f.络筒工艺实现低回丝消耗.

   其中络筒工序的低能耗，主要是通过风机变频恒负压控制技术实现的。

三、自动络筒机能耗分析

   自动络筒机目前已全面实现单锭控制，单锭动力驱动中大量采用小功率直流无刷电机和步进电机，方便的实现单锭启停控制。同时，单锭的启停，直接影响筒纱吸纱臂风口的作用与否，同时影响空气负压大小和用量。

    第二代、第三代早期自动络筒机，负压风机由工频直接驱动，风机电机功率按最大负压和耗气量设计，即不管单锭络筒启动与否，风机电机满负荷运转，功耗浪费大。

    第三代后期自动络筒机负压风机由变频器控制，负压传感器实时检测负压风道负压，其能根据耗气量大小自动调节吸风电机转速. 如没有或仅较少锭位动作,则吸风电机低速运行，这时可降低风机功耗50%以上。如在某较短时段有很多锭位同时动作,其负压传感器会及时采集当时负压值,直接传送给变频器控制板，通过变频器自动运算，迅速改变电机转速,以保证负压准确维持在设定值上，保证纱头捕捉迅速有效，达到节能恒负压控制的目的。

    按络筒机中负压风机所功耗比,有案例支持此项设计可使整机平均功耗最多能降低27%。

表1 青岛宏大公司某型自动络筒机使用风机变频前后功耗对比

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>项目

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>无变频

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>使用变频后

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>结论

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>装机功率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>27.5 KW

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 12.05pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>27.5 KW

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>----

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>风机功率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>15.0 KW

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 12.05pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>15.0 KW

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>-----

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>吸风负压

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">65mbar（峰值）

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>50 mbar（恒定）

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>恒定负压，吸纱稳定

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>平均运行功率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>26.5 KW

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>21.3KW

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>整机节能22.6%；风机节能41%

    负压风机使用变频后，除节能外，还有如下优点：
(1) 电动机从2Hz开始软起动，对电机、空压机、电网的冲击大为减小；
(2) 延长了设备的使用寿命，减少了设备的维修量和维护费用；
(3) 进一步完善了保护功能，如热保护、过电流、过电压、欠电压、短路、缺相保护等功能；

(4) 符合环保节能方针的要求，提升企业形象。

四、负压风机变频控制的实现

A.基本配线  如图3

图3 风机变频配线图

B.调试参数和说明

表2 调试参数表

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>参数号P

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">参数功能

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>默认值

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>修改值

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>说明

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">01-00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">最高操作频率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">60.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">50.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">01-01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">最大电压频率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">60.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">50.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">01-02

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">最高输出电压

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">440.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">380.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">01-05

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">最低操作频率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">1.50

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">2.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01-06

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">最低输出电压

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">5.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">15.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01-07

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">上限频率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">60.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">50.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01-09

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">第一加速时间

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">20.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★单位：S

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01-10

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">第一减速时间

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">20.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">02-00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">频率指令来源

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">  由面板设定恒负压

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">02-01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">运作命令来源

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★ 外部端子控制

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">02-03

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">载波频率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">3

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">低值减少电磁干扰，但增加电机噪声

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">03-00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">多功能输出1

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">23

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">变频故障报警时RC1-RA1 导通

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">04-09

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">最小AVI电压

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">0.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★传感器检测到最小负压时电位

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">04-10

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">最大AVI电压

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★传感器检测到最大负压时电位

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">07-02

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">电机满载电流

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">100%

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">依电机标牌设定

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">07-03

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">电机无载电流

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">30%

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">电机空载是电流

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10-00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">回授信号选择

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★ 由AVI输入

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10-01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">显示对应物量

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">1000

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">50

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★ 设定欲恒定负压值

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">10-11

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">PID最低输出频率

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">★ 参考1-05值

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">11-00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">V/F曲线选择

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 3pt">01

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> V/F曲线关系为1.5次方曲线

   注：带★为必需修改参数，其余为优化参数。

C.注意事项

    目前第三代络筒机，主控上多采取工控机和单片机形式，其系统抗干扰能力值得不强；使用变频控制，配线和调试注意防干扰设计；

    变频器参数的优化设计，对风机节能效果有直接影响。

五、络筒机变频市场分析

    目前世界四大自动络筒机生产商：德国赐来福公司、日本村田公司、意大利萨维奥公司、中国青岛宏大公司占据国内绝大部分自动络筒机市场。其中萨维奥公司和青宏大公司分别在山东济宁和青岛新建了大型生产基地。

    由于早期我国自动络筒机依赖进口，主要进口机型为第二代和第三代自动络筒机，其大部分未装备变频风机系统，其变频节能改造市场值得关注。