黄公路 （天津纺织机械厂）

1   粗纱机的负载特性
    粗纱机的机械结构特征不同于开清棉机、梳棉机、并条机和细纱机，它是以拖动锭翼的粗纱锭子为主要负荷的纺织机械。经过实际测试，粗纱锭子的负载约占其电机输出功率的60％左右，其负载主要来源于锭翼的风阻转矩，尽管锭翼翅膀的断面已设计成风阻很小的流线形，但依然表现出风阻负荷的特征。表1为A454型粗纱机锭子转速为915r／min时空车的功率消耗分配，表2为A454型粗纱机升速过程功率消耗情况。

 

    从表2数据可以看出，粗纱机的负载与锭子转速呈接近1．5次方的关系。众所周知，恒转矩负载时，两者呈1次方的关系，即线性关系；纯风阻负载的设备，两者呈3次方的关系，所以说粗纱机的负载特性介于恒转矩与风阻负载之间。
    如果以粗纱机锭子的最高转速选用电机，势必会在启动的瞬间表现出较多的功率余量，一定会产生较大的启动转矩，其动态转矩大，相应启动的时间就会缩短，即表现出较大的启动冲击力。
    传统的粗纱机与其他棉纺设备相比，另外一个特点就是其龙筋及筒管传动是靠差速箱及上下锥轮的皮带传动实现的，在骤然启动的情况下，皮带的打滑是在所难免的，这就是粗纱机在启动瞬间产生细节的主要原因。
  从20世纪60年代起，国外就推出了慢速启动装置，如瑞士立达的电阻降压装置，英国普拉特的摩擦片离合器，意大利蒂玛蒂斯油压装置，意大利马佐里单相电抗及原西德因果斯他特三相可控硅等。我国粗纱机最早采用的是当时应用较为广泛的单相电抗器式慢速启动装置，该装置利用三相电流不平衡的原理，产生逆序转矩分量，从而减小启动转矩，达到慢速启动的效果，具有结构简单、成本低、好掌握等优点，其不可避免的缺点是启动时三相电流不对称，最大一相接近10倍额定电流，慢速时间越长，电机发热越厉害，电抗器也越容易烧坏。要兼顾多方面的因素，使用中启动时间一般不超过3 s-4 s，这种启动装置无论对于启动时间的延续来讲，还是对于减弱启动瞬间的冲击力来讲都不能满足要求。
    到20世纪80年代中期，我国从进口样机上又移植了防细节装置，以弥补慢速启动装置的不足，由于该装置须靠自然惯性实现动作，影响因素多，如大纱、小纱、电压、车况、车间环境(温湿度)和龙筋升与降等诸多条件都要兼顾，一方面力争防细效果明显(停车时粗纱下垂明显)，又要防止过大而冒纱造成全车断头，所以可用的空间很小，而且调整非常困难。尽管我国的A454型、A456型粗纱机和FA401型、FA402型悬锭粗纱机也先后都配备有防细节装置，但其效果的确切结论难以说清。
2  应用变频器后粗纱机的负载特性
   20世纪末，变频器的出现及迅速推广，为满足粗纱机的负载特性及工艺要求提供了良好条件，变频器理想的控制功能再加上电脑的配合也简化了粗纱机的机械结构，为实现多电机控制提供了条件，为实现粗纱机的高速化和机电一体化开辟了道路。下面仅以单电机传动的粗纱机为例，介绍应用变频器后粗纱机的负载特性。
    变频器在单电机传动的粗纱机上使用，成为理想的慢速启动装置。在以往诸多的慢速启动装置中，无论是油压、离合器摩擦片式、单相电抗器式，还是双向可控硅式都是电机在额定电压380V、标准频率为50 Hz条件下进行启动，其强大的启动转矩，靠上述装置去软化、吸收、抵消，不管哪一种都要负出代价，这不仅是增加一套装置，花费成本，更主要的是带来负面效应，如发热及相关危害等。 
    变频器的原理不是软化、吸收、抵消，而是靠其本身的设置来完成的。如我们设置变频器的启动频率为1 Hz，按变频器的U／F曲线，则启动电压仅为7．6V，我们再设启动时间，如15 s，照此，粗纱机将从1 Hz开始启动，电压从7．6 V开始，在15 s内频率从1 Hz到50Hz，电压从7．6V到380V，不难想像其启动是平滑的，可以说启动瞬间的冲击就不存在了，无疑因开车而引起的细节和断头将降低到最低程度。
    变频器在单电机传动的粗纱机上使用，可实现定位停车。粗纱机在纺纱过程中有三种情况停车：光电断头停车、满纱停车和人为停车。无论哪一种停车，都将按下述程序进行，在停车设置的时间内(如12s)频率从50 Hz减小到2 Hz-3 Hz，使粗纱机车速降至爬行速度。待转到所设置的位置，由定位传感器发出信号才停车。这样可充分发挥变频器的作用，一是低速定位容易、准确，方便挡车工再接头操作，二是低速停车，可以防止和减少因高速停车所引发细节的产生。
    改变车速容易、快捷，只须在变频器操作面板上用按键设置即可，便于工艺参数和电流(如运转频率、锭子转速及电机电流)的监测，方便了管理。还有一些品牌变频器为粗纱机设计专用软件，除显示上述参数外，还有计长表功能和累计长度功能，使用起来很方便。
    节能效果也很明显，突出表现在电机温升大幅度降低，在长期运转情况下，其表面温度仅与人体温度相当，一般变频器控制的电机启动电流不超过1．5倍额定电流，通常说变频器在生产中使用可节电10％-30％．在粗纱机上安装使用后须进一步确认。
    单电机传动的粗纱机使用变频器后，机械故障和电气故障明显降低。从理论上和实践上都证明了这一点，前者是因为启动、制动柔和，冲击力几乎没有，齿轮磨灭和顶丝松动少，另外因有了锭翼定位停车，挡车工点动机台也少了。即使用点动，也不会有冲击，电气故障降低更突出，因为过去容易出故障的带触点的接触器和继电器都被变频器取代，而变频器本身的故障率极低。
    以上是对单电机传动的粗纱机使用变频器后的负载特性的分析，这也是近几年通过大量实践后归纳总结出来的。变频器在粗纱机上的使用，近年来已得到广大纺织厂的认同，尤其是FA系列悬锭粗纱机，其固有高速、大卷装和运转平稳的特点，再配上变频器控制，其设备性能优势将得到更好的发挥。
3   用变频器改造A系列粗纱机可提高设备性能
    A系列的A454型、A456型和A453型粗纱机具有结构简单、性能特点易掌握、好保养的特点，实践证明，通过变频改造，配备理想适用的变频器也会使机器档次提高。应用变频器改造A系列粗纱机，改造前应做好选型，采用具有粗纱机专用功能的变频器，以便合理科学地用好大小纱变速功能。有两种形式可供选择，一种是匀速递减型，一种是先恒速再递减型。   
    对粗纱机进行变频改造后，取代了老机原有的慢速启动装置和防细装置，简化了机构，降低了故障率和维修费用，并且减少了细节，提高了成纱质量，防细节效果十分明显。