管绞机电机

在管绞机上的应用

背景

钢帘线产品是轮胎重要的骨架材料。近几年每年产量均接近或超过200万吨，总产能约290万吨。钢帘线是高能耗产品，特别是对电力的需求很高，每吨产品耗电在4000kwh以上，用电成本较高。为适应国家“十三五”时期优质绿色化发展理念，促进钢帘线行业供给侧改革和化解钢帘线过剩产能，领跑带动钢帘线行业升级，更好满足我国钢帘线行业向高端、绿色环保型发展的需求，提高生命周期意识，降低产品成本、提高市场竞争力，因此节能改造，势在必行。

目前市场中钢帘线行业配置的电机大多为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。

设备简介

钢帘线生产总工艺流程: 盘条预处理→粗拉→中间热处理→中拉→最终热处理→电镀→水箱湿拉→捻股→成品检验包装入库。钢帘线是采用优质高碳钢线材制成的表面具有黄铜镀层且具有特殊用途的细规格钢丝股或绳。国际合成纤维标准化局对钢帘线的定义是:“作为最终产品，由两根或更多根钢丝组成的，或者由股与股的组合或者由股与丝的组合所形成的结构。”

钢帘线工艺流程

其中最后一道工序捻股，根据其机体结构又分为筐篮式、管式和无管式等，本次要介绍的就是管式捻股机又称管绞机，管绞机是专供铜绞线、铝绞线、钢芯铝绞线及钢丝绳绞制之用，配以绕包后，还可用于绝缘线芯成缆和部分控缆的绞合。

工作原理：管式捻股机由放线、主机筒体、变速和牵引、收线、电器控制等部分组成，机体由一节或数节筒体组成。载线工字轮在机体内沿中心呈一字形排列。工字轮放线时始终保持水平状态。筒体的高速旋转与牵引装置产生的直线牵引相配合，使钢丝产生螺旋线缠绕和股的直线运动，形成了具有一定捻距的股，从而完成了股的基本捻制动作，例如7*7*0.22+0.15HT规格，就是由七根0.22mm的钢丝形成一股，然后将七股线外加一根0.15HT的钢丝捻制到一起，形成钢帘线成品。

捻股机使用变频器，根据其应用特点，对变频器的要求：

① 速度稳定，保证出丝捻距均匀；

② 加速稳定平滑，力矩平稳，运行稳定可靠；

③ 要求变频器内置RS485通讯功能，能实现上位机通讯控制；

④ 对变频器的频率、电流、电压等各种控制参数可实时监控，方便操作人员操作和维护。

通过变频器，频率和交流电压随时可变，让捻股机的电机起动平滑，调速简单，无级调速。变频器的上位机，如PLC、工控机等控制器接收张力信息和电机速度信息，根据工艺要求做出判断，通过RS485总线，发指令给变频器，实时根据工况进行变频调速和调力矩，保证了捻股机张力稳定和速度稳定。

工况简介

①  负载特性：

管绞机属于恒转矩负载特性。在管绞机启动时启动转矩大，电流也比较大，运行一段时间后电流逐渐平稳，停车时刹车会抱闸防止绞线反转，停车惯性会产生多余电量，所以要加装制动电阻。

② 运行环境：

管绞机为金属制品机械，工作环境温度正常，机械噪音小。

③ 动力配置：

管绞机常用动力配置为三相异步电机+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

应用要求

远程端子启停和故障复位，485通讯给定频率；继电器输出故障输出反馈以及变频器运行中反馈。加减速时间为60s。

参数设置

  应用效果