开关磁阻电机在高速剑杆织机中的应用

王英辉

（恒天重工股份有限公司，河南 郑州 450001）

高速剑杆织机作为一种智能、先进的织机，具有性能良好、加工效率高、维护成本低等特点，在织造领域中得到了广泛的应用。开关磁阻电机的出现和应用，在提升高速剑杆织机的电气自动化控制水平，简化高速剑杆织机的内部机械结构，保证织机生产的稳定性、可靠性和安全性方面发挥了重要作用。因此，为了进一步提升高速剑杆织机的运行性能和应用价值，如何将开关磁阻电机科学地应用于高速剑杆织机中是技术人员必须思考和解决的问题。

1 高速剑杆织机主轴驱动对电机的要求

高速剑杆织机因织造工艺的特殊性，要求主轴运转有严格的启停角，以避免停机后再开机造成开车痕。普通剑杆织机多采用离合器间接传动的方式驱动主轴，并配合机械抱闸制动，但是离合器和刹车片的磨损会使启停性能逐渐降低，对于车速较慢的织机，只需要定期更换维修。但是，高转速织机的消耗是巨大的。另外，改变车速也只能通过调节皮带轮来实现，寻纬还需要另外配备电机等，而开关磁阻电机作为世界上公认最简洁的主传动，整机无一根皮带，也没有离合器等易磨损零件，可实现线变速和每一纬变速等，性能优越，很适合作为高速剑杆织机的驱动源。

2 开关磁阻电机的结构与特点

2.1 开关磁阻电机的结构

开关磁阻电机含有定子和转子两个组成部分，属于一种双凸型结构。该电机用到的系统是开关磁阻电机系统[1]，该系统主要由以下部分组成：控制器、功率变换器、开关磁阻电机和位置检测器等。其中，功率变换器作为开关磁阻电机系统的重要组成部分，主要用于能量的交换；位置检测器的主要功能是精准地确定开关磁阻电机定子和转子的相对位置，然后针对位置信号，实现对电机的自动化控制[2]；电流检测主要负责向电机绕组内传输母线电压信息和电流信息；控制器作为开关磁阻电机系统的控制中枢，综合、集中处理电流传感器所反馈的信息。同时，根据采集到的信息数据，采用闭环控制的方式，完成对开关磁阻电机的自动化控制和管理。总之，将开关磁阻电机系统、科学地应用于高速剑杆织机中，不仅符合高速剑杆织机的相关要求，还能充分发挥和利用该电机启动转矩大、制动转矩大以及调速范围广等性能，为进一步提升高速剑杆织机的使用性能，保证产品生产的稳定性、可靠性和安全性提供重要的平台支持。

2.2 开关磁阻电机的特点

与传统的交流电机调速系统相比，开关磁阻电机具有以下特点：（1）结构简单稳定，生产成本低，无需对其加以特殊维护；（2）当电机调速范围比较广时，仍能始终保持高效、良好的运行性能；（3）启动电流比较小，不会对电网产生一定的冲击，同时，启动转矩比较大，完全符合重载启动需求；（4）可以频繁进行正反转操作，调速范围比较广，具有强大的串级电机特性；（5）制动性能良好，不仅可以保证再生制动效率和效果[3]，还能取得显著的节能效果；（6）内部无刷结构，即使在易燃、易爆、高粉尘的环境下，也能够可靠、稳定、安全地运行。通过综合分析开关磁阻电机的功率因数、调速范围、制动性能等因素不难发现，将开关磁阻电机应用于高速剑杆织机主轴驱动具有很高的技术可行性和经济可行性，不仅完全符合布面均匀的相关标准和要求[4]，还能起到节能降耗的作用，为进一步提高织机的档次和加工质量创造良好的条件。

3 高速剑杆织机用开关磁阻电机的实验结果与数据分析

根据高速剑杆织机对主轴驱动电机的要求，研究设计一款功能完善、实用性强的开关磁阻电机调速系统，对该织机性能进行一系列实验，并对实验数据进行科学分析和研究。

3.1 调速性能

为了进一步提升高速剑杆织机的运行性能和节能效果，现针对高速剑杆织机的使用需求，根据开关磁阻电机的技术指标（电机调速范围为50~2 000 r/min、额定功率为6 kW、额定转距为38.2 N·m、响应速度为0.1 s、转速精度为10%），完成对开关磁阻电机的设计[5]，以满足高速剑杆织机主轴驱动电机的要求。

3.2 启动能力

由于高速剑杆织机对主轴驱动电机的过载能力提出了更高的要求，对开关磁阻电机的启动转矩进行专门设计和定量测试很有必要。首先，为了简化开关磁阻电机启动特性测量流程，现利用飞轮惯量负载，精确测量出开关磁阻电机在不同时刻下所对应的电机转速值，为计算和总结启动转矩相关特性提供重要的依据和参考。其次，还要科学控制其他实验条件，如将负载转矩和电机实测转动惯量设置为0.057 kg·m2。通过测量几组电机启动过程中转速与时间的关系的相关数据，总结出电机的升速规律，然后采用线性化处理方式，选取两个具有代表性的数据点，计算出开关磁阻电机在启动过程中所获得的最大功率值和转矩。电机的最大功率值、转矩与转速的关系如表1所示。

表1 电机最大功率值、转矩与转速的关系

从表1的数据可以看出，开关磁阻电机的过载能力较高，完全满足高速剑杆织机的启动需求，同时，也完全符合额定转速点的相关设计标准和要求。此外，当开关磁阻电机的启动动力达到一定值时，对于高速剑杆织机而言，在负载转动惯量这一因素的影响下，开关磁阻电机的启动时间和旋转角度受到显著影响，因此，在对高速剑杆织机内部机械进行设计的过程中，要尽可能地降低高速剑杆织机系统的转动惯量，以减少高速剑杆织机实际所需的电机容量，并降低开关磁阻电机的使用成本和维修成本。

3.3 慢速定位精度

开关磁阻电机在具体的设计中，使用四相8/6极电机，转子旋转步距角达到了15°，采用了提高减速比的方式，因此，完全满足高速剑杆织机小于3的定位精度需求。总之，通过分析实验结果和数据发现，将开关磁阻电机纳入高速剑杆织机的设计方案具有非常高的可行性和有效性，不仅简化了高速剑杆织机的内部结构，保证了高速剑杆织机的运行性能和节能效果，也为后期更好地推广和普及高速剑杆织机创造了良好的条件。因此，将开关磁阻电机用于高速剑杆织机具有非常高的经济可行性和技术可行性，将开关磁阻电机与高速剑杆织机改造设计进行充分结合，提高相关企业的社会效益和经济效益，为进一步提高产品生产效率，促进高速剑杆织机的健康、可持续发展发挥积极的作用。

4 应用实例

某纺织公司利用开关磁阻电机对高速剑杆织机进行了节能改造和设计，高速剑杆织机节能改造前后对比如表2所示。从表2中的数据可以看出，在满足织机生产需求的基础上，利用开关磁阻电机代替高速剑杆织机内部三相异步电机，获得的节电率达到了33.3%。由此可见，开关磁阻电机在高速剑杆织机中具有非常高的应用价值，为提升高速剑杆织机的节能效果和运行性能创造了良好的条件。

表2 高速剑杆织机节能改造前后对比

5 结语

通过分析和研究开关磁阻电机用于高速剑杆织机主轴驱动的实验，得出结论：（1）将开关磁阻电机应用于高速剑杆织机中具有重要意义，不仅可以实现对高速剑杆织机内部机械结构的简化，还能进一步提升高速剑杆织机的运行性能，减少高速剑杆织机的维修成本。如根据纬纱强度、硬度、粗细等相关参数，可以实现对车速的自动化调整和控制，为进一步提升高速剑杆织机的生产效率和效果打下坚实的基础。（2）开关磁阻电机完全符合高速剑杆织机对主轴驱动电机的相关要求，在提高织机档次和加工质量方面发挥了重要作用。