环锭细纱机电机

在环锭细纱机上的应用-3

背景

细纱机是纺纱的主要机器，也是纺纱工艺中成纱的最后一道工序，是纺纱生产中耗能多的机器，约有60%~70%的电能消耗在细纱机上，所以细纱机节能是纺纱节能中最重要的一环。目前，环锭细纱机已成为纺纱的主要设备，我国约有1.3亿纱锭的环锭纺纱规模，约占世界总锭数的50%；而环锭细纱机的产量约占全国细纱总产量的85%。现存量市场中细纱机配置的电机大多为IE2能效，依据《电动机能效限定值及能效等级》（GB18613-2020）标准要求，已经被列入淘汰电机范畴。且整体经济运行区间窄，耗能大，在国家“双碳”政策的形势下，亟需改造升级。

细纱机简介

纺织行业主要包括纺纱、织造、染整和化纤四大块，其中纺纱工艺又包括开松、梳理、精梳前准备、精梳、并条、粗纱、细纱以及后加工（络筒），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、加捻以及卷绕成为均匀柔韧的细纱。工艺流程和主要设备如下图所示：

纺织行业主要工艺流程图                                  纺纱主要工艺流程图

细纱工序是成纱的最后一道工序，将粗沙进一步牵伸30-50倍并加捻，供捻线、机织或者针织使用。2022年全球环锭纺存量23424万锭，其中，国内环锭纺存量8715万锭。环锭细纱机已成为纺纱的主要设备，环锭细纱机的产量约占全国细纱总产量的85%。环锭细纱机的结构示意图如右图所示。

锭速、卷装、断头率是细纱机技术水平高低的标志，也是衡量细纱机生产质量的主要依据

1)   锭子、锭速：细纱机的生产单元是锭子,常以每千锭小时的产量(kg)来衡量细纱机的生产水平。纺纱厂生产规模是以拥有的锭子总数来表示的。

2)   断头率：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

3)   卷装：生产过程中纺满一个管纱便要停止生产，换上空管后方能继续纺纱。因此卷装的大小影响劳动生产率、设备生产率,还影响能耗。

细纱机现状

细纱机24小时连续生产，损坏和老化快，存量市场中不少设备电气系统已经进入报废期，所占比例将逐年增大。随着电机的老化其能耗也将增大，提高效率和节能降耗是很多棉纺企业的迫切需求，以降低生产成本。

存量市场大部分细纱机采用三相异步双速电机，存在生产效率低、无功损耗较大、纺纱张力不稳定等弊端。根据最新《电动机能效限定值及能效等级》（GB18613-2020）版本，基本在三级能效以下（YE2）。为了解决这些弊端，有必要对细纱机主电机进行无级变频调速控制改造，以改善纺纱张力的稳定性，降低断头、减少毛羽，节能降耗，提高生产效率。目前对环锭细纱机的改造主要包括以下几种形式的组合：

锭子电机的变频调速和高效电机化

钢领板的伺服电子升降，取消传动齿轮，实现卷装的电子成型技术

前中后罗拉的伺服电子控制，保证严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制

自动集落

细纱机要求平滑启动，快速制动，不可反转；现场棉絮较多，潮湿高温。环锭细纱机根据锭数的不同，常见的有480锭短车，1008锭长车，2448锭的超长车等等，用到的主轴电机功率在15kw~55kw左右，基本转速在1500rpm。

工况简介

1)   负载特性：细纱机在纺制不同纱线时的负载是不一样的，基本在60%-70%负载率左右，且细纱机的锭子传动系统所占负载比重较大。

2)   运行环境：高温高湿棉絮多，夏天最高环境温度可达50℃，电机安装在密闭空间内散热不好，电机需在高温高湿环境内连续运行，基本24小时运行。

3)   起停特性：细纱机启动时需要电机有良好的带载启动能力，要求启动平滑、快速制动，不可反转。

4)   动力配置：传统细纱机采用双速电机，存在生产效率低、无功损耗较大、纺纱张力不稳定。常用动力配置有三相异步电机+变频器方案，电机能效低，高效区间窄，经常运行在低效区域，综合用电经济性差。

海川电气方案

本次改造依托超高效助磁同步磁阻电机技术，以管绞机驱动系统作为节能改造对象。采用HCM5系列超高效助磁同步磁阻电机作为主驱动电机，具有能耗小，高效区间宽，体积小，可靠经济等特点。选择G6系列驱动器作为电机驱动控制装置，矢量控制，助磁电机专用底层算法，控制性能好，稳定高效。

① 电机产品介绍

HCM5系列是采用新型助磁同步磁阻电机技术设计制造的全封闭、自扇风冷超高效三相助磁同步磁阻电动机，符合国标一级能效要求（IEC标准：IE5）。

具有效率高、起动转矩大、噪声振动低、调速范围宽等特点。电机内部不含稀土永磁材料，结构简单、稳定可靠。采用标准中小型异步电动机机壳，方便现场更换，是一种高效节能，节约稀土资源的高效电机驱动解决方案。

可用于驱动各种通用机械设备，如风机、水泵、空压机、纺织机械等，满足各种工业自动化领域设备驱动需求。

电压等级：AVC380V

功率范围：3-355kW

机座号：132-355

能效等级：IEC60034-30-2 IE5能效

转速范围：750/1000/1500/3000r/min

② 电机产品特点

u  高能效：

转子无损耗，效率高，高效区间宽，综合运行经济性好。

u  高功率因数：

以铁氧体磁性材料 作为辅助励磁，无功小，功率因数高。

u  高可靠：

耐高温潮湿腐蚀，不易退磁，可靠性高。

u  高经济性：

以磁阻转矩作为主要转矩来源，电机无稀土永磁材料，高牌号硅钢片等昂贵原材料，驱动器采用传动变频器硬件架构，一种高性价比的IE5能效电机驱动解决方案，经济性好。

③ 驱动器产品介绍

HCD-G6系列变频驱动器是一款通用高性能电流矢量变频驱动器，可以实现助磁同步磁阻电机的速度和转矩控制。采用高性能的矢量控制技术，具有良好的动态控制特性以及过载能力，支持全速度段转速跟踪启动，适用于各种自动化生产设备的驱动。具备丰富的输入输出接口，支持扩展。

输入电压：3PH 380V±10% 50/60Hz

功率范围：0.75-500kW

安装形式：壁挂式安装

④驱动产品特点

u  支持助磁同步磁阻电机全速度段开环/闭环矢量控制。

u  具有良好的动态特性、启动能力、过载能力、恒功率扩速能力。

u  速度和转矩控制模式。

u  内置Modbus及CAN通讯。

u  全速度段转速跟踪启动能力。

应用案例

应用现场

改造前：异步电机FXD180M1-4/6-工频直启

改造后：高效海川助磁同步电机HCM5-160L-18.5-1500+ HCD-G6助磁变频器

   参数设置

应用效果

更改为海川助磁同步磁阻电机+变频器后，配合经纬电子升降，480锭断纱数在8-20个之间，包身纱3-5圈，尾纱8圈左右，总体效果得到客户认可。电机运行温升和电机振动比异步电机大幅度减小，温升在40k左右。