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變頻器的應用與粗紗機負載特性的改善

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變頻器的應用與粗紗機負載特性的改善

發布時間: 2006/10/3 文章出處: 　

粗紗機的負載特性
粗紗機的機械結構特征不同于開清棉機、梳棉機、并條機和細紗機，它是以拖動錠翼的粗紗錠子為主要負荷的紡織機械。經過實際測試，粗紗錠子的負載約占其電機輸出功率的60％左右，其負載主要來源于錠翼的風阻轉矩，盡管錠翼翅膀的斷面已設計成風阻很小的流線形，但依然表現出風阻負荷的特征。表1為A454型粗紗機錠子轉速為915r／min時空車的功率消耗分配，表2為A454型粗紗機升速過程功率消耗情況。

從表2數據可以看出，粗紗機的負載與錠子轉速呈接近1．5次方的關系。眾所周知，恒轉矩負載時，兩者呈1次方的關系，即線性關系；純風阻負載的設備，兩者呈3次方的關系，所以說粗紗機的負載特性介于恒轉矩與風阻負載之間。
如果以粗紗機錠子的最高轉速選用電機，勢必會在啟動的瞬間表現出較多的功率余量，一定會產生較大的啟動轉矩，其動態轉矩大，相應啟動的時間就會縮短，即表現出較大的啟動沖擊力。
傳統的粗紗機與其他棉紡設備相比，另外一個特點就是其龍筋及筒管傳動是靠差速箱及上下錐輪的皮帶傳動實現的，在驟然啟動的情況下，皮帶的打滑是在所難免的，這就是粗紗機在啟動瞬間產生細節的主要原因。
從20世紀60年代起，國外就推出了慢速啟動裝置，如瑞士立達的電阻降壓裝置，英國普拉特的摩擦片離合器，意大利蒂瑪蒂斯油壓裝置，意大利馬佐里單相電抗及原西德因果斯他特三相可控硅等。我國粗紗機最早采用的是當時應用較為廣泛的單相電抗器式慢速啟動裝置，該裝置利用三相電流不平衡的原理，產生逆序轉矩分量，從而減小啟動轉矩，達到慢速啟動的效果，具有結構簡單、成本低、好掌握等優點，其不可避免的缺點是啟動時三相電流不對稱，最大一相接近10倍額定電流，慢速時間越長，電機發熱越厲害，電抗器也越容易燒壞。要兼顧多方面的因素，使用中啟動時間一般不超過3 s-4 s，這種啟動裝置無論對于啟動時間的延續來講，還是對于減弱啟動瞬間的沖擊力來講都不能滿足要求。
到20世紀80年代中期，我國從進口樣機上又移植了防細節裝置，以彌補慢速啟動裝置的不足，由于該裝置須靠自然慣性實現動作，影響因素多，如大紗、小紗、電壓、車況、車間環境(溫濕度)和龍筋升與降等諸多條件都要兼顧，一方面力爭防細效果明顯(停車時粗紗下垂明顯)，又要防止過大而冒紗造成全車斷頭，所以可用的空間很小，而且調整非常困難。盡管我國的A454型、A456型粗紗機和FA401型、FA402型懸錠粗紗機也先后都配備有防細節裝置，但其效果的確切結論難以說清。
2 應用變頻器后粗紗機的負載特性
20世紀末，變頻器的出現及迅速推廣，為滿足粗紗機的負載特性及工藝要求提供了良好條件，變頻器理想的控制功能再加上電腦的配合也簡化了粗紗機的機械結構，為實現多電機控制提供了條件，為實現粗紗機的高速化和機電一體化開辟了道路。下面僅以單電機傳動的粗紗機為例，介紹應用變頻器后粗紗機的負載特性。
變頻器在單電機傳動的粗紗機上使用，成為理想的慢速啟動裝置。在以往諸多的慢速啟動裝置中，無論是油壓、離合器摩擦片式、單相電抗器式，還是雙向可控硅式都是電機在額定電壓380V、標準頻率為50 Hz條件下進行啟動，其強大的啟動轉矩，靠上述裝置去軟化、吸收、抵消，不管哪一種都要負出代價，這不僅是增加一套裝置，花費成本，更主要的是帶來負面效應，如發熱及相關危害等。
變頻器的原理不是軟化、吸收、抵消，而是靠其本身的設置來完成的。如我們設置變頻器的啟動頻率為1 Hz，按變頻器的U／F曲線，則啟動電壓僅為7．6V，我們再設啟動時間，如15 s，照此，粗紗機將從1 Hz開始啟動，電壓從7．6 V開始，在15 s內頻率從1 Hz到50Hz，電壓從7．6V到380V，不難想像其啟動是平滑的，可以說啟動瞬間的沖擊就不存在了，無疑因開車而引起的細節和斷頭將降低到最低程度。
變頻器在單電機傳動的粗紗機上使用，可實現定位停車。粗紗機在紡紗過程中有三種情況停車：光電斷頭停車、滿紗停車和人為停車。無論哪一種停車，都將按下述程序進行，在停車設置的時間內(如12s)頻率從50 Hz減小到2 Hz-3 Hz，使粗紗機車速降至爬行速度。待轉到所設置的位置，由定位傳感器發出信號才停車。這樣可充分發揮變頻器的作用，一是低速定位容易、準確，方便擋車工再接頭操作，二是低速停車，可以防止和減少因高速停車所引發細節的產生。
改變車速容易、快捷，只須在變頻器操作面板上用按鍵設置即可，便于工藝參數和電流(如運轉頻率、錠子轉速及電機電流)的監測，方便了管理。還有一些品牌變頻器為粗紗機設計專用軟件，除顯示上述參數外，還有計長表功能和累計長度功能，使用起來很方便。
節能效果也很明顯，突出表現在電機溫升大幅度降低，在長期運轉情況下，其表面溫度僅與人體溫度相當，一般變頻器控制的電機啟動電流不超過1．5倍額定電流，通常說變頻器在生產中使用可節電10％-30％．在粗紗機上安裝使用后須進一步確認。
單電機傳動的粗紗機使用變頻器后，機械故障和電氣故障明顯降低。從理論上和實踐上都證明了這一點，前者是因為啟動、制動柔和，沖擊力幾乎沒有，齒輪磨滅和頂絲松動少，另外因有了錠翼定位停車，擋車工點動機臺也少了。即使用點動，也不會有沖擊，電氣故障降低更突出，因為過去容易出故障的帶觸點的接觸器和繼電器都被變頻器取代，而變頻器本身的故障率極低。
以上是對單電機傳動的粗紗機使用變頻器后的負載特性的分析，這也是近幾年通過大量實踐后歸納總結出來的。變頻器在粗紗機上的使用，近年來已得到廣大紡織廠的認同，尤其是FA系列懸錠粗紗機，其固有高速、大卷裝和運轉平穩的特點，再配上變頻器控制，其設備性能優勢將得到更好的發揮。
3 用變頻器改造A系列粗紗機可提高設備性能
A系列的A454型、A456型和A453型粗紗機具有結構簡單、性能特點易掌握、好保養的特點，實踐證明，通過變頻改造，配備理想適用的變頻器也會使機器檔次提高。應用變頻器改造A系列粗紗機，改造前應做好選型，采用具有粗紗機專用功能的變頻器，以便合理科學地用好大小紗變速功能。有兩種形式可供選擇，一種是勻速遞減型，一種是先恒速再遞減型。
對粗紗機進行變頻改造后，取代了老機原有的慢速啟動裝置和防細裝置，簡化了機構，降低了故障率和維修費用，并且減少了細節，提高了成紗質量，防細節效果十分明顯。

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