工業(yè)洗衣機(jī)的機(jī)電理論知識(shí)
最初的工業(yè)水洗機(jī)都是采用雙速電機(jī)、三速電機(jī)乃至兩個(gè)雙速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)皮帶將動(dòng)能傳遞給滾筒，滾筒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，帶動(dòng)并攪拌布草（被洗滌織物的總稱，下文均同）與洗滌溶液，達(dá)到洗凈布草的目的。不同洗滌能力的工業(yè)水洗機(jī)，采用不同直徑的電機(jī)帶輪和滾筒帶輪以產(chǎn)生近似的轉(zhuǎn)速比，使?jié)L筒獲得較低的洗滌速度和較大的力矩。其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。
但采用雙速電機(jī)的缺點(diǎn)很多，轉(zhuǎn)速固定，無(wú)法滿足不同布草需要不同洗滌和脫水速度的需求、電機(jī)速度受極數(shù)限制、脫水時(shí)的高轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩?zé)o法同時(shí)滿足，致使布草的脫水率較低。此外還有啟動(dòng)電流大、浪費(fèi)電能、停機(jī)時(shí)需要機(jī)械剎車、機(jī)械噪聲大且容易發(fā)生故障等不足之處。
隨著變頻技術(shù)的成熟，變頻器開始在工業(yè)水洗機(jī)上廣泛應(yīng)用。應(yīng)用變頻器之后，電機(jī)的速度可以自由地調(diào)節(jié)，還可使用通訊獲取變頻器的輸出頻率并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，對(duì)不同的布草可以方便地設(shè)定所需的洗滌和脫水速度，能夠很好地兼顧高轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩兩個(gè)方面。變頻器可完全取代雙速或多速電機(jī)，這已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。
2 工業(yè)水洗機(jī)的負(fù)載特性
水洗機(jī)的負(fù)載是一個(gè)不斷變化的負(fù)載。布草和洗滌液開始時(shí)在滾筒中處于靜止?fàn)顟B(tài)，洗滌時(shí)，電機(jī)要拖動(dòng)它在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的洗滌速度，滾筒內(nèi)的提升筋將布草提升到洗滌液面的某一高度，當(dāng)布草的離心力垂直向上的分量小于布草的重力時(shí)，布草便跌落到洗滌液中，起到揉搓作用。為了加強(qiáng)揉搓的作用，滾筒總是正轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，停下來(lái)再反轉(zhuǎn)，這樣布草的洗凈度更高。洗滌完畢后，通過(guò)一個(gè)比洗滌速度略高的均布動(dòng)作將布草均勻分布在滾筒中，避免因布草分布不均勻致使布草嚴(yán)重偏心，在高速脫水時(shí)引起機(jī)器的劇烈振動(dòng)，損壞機(jī)器。均布完畢后即進(jìn)入脫水階段，為了減小機(jī)器的振動(dòng)，一般都會(huì)設(shè)置高速脫水頻率的一半—即中脫頻率來(lái)過(guò)渡，使機(jī)器穩(wěn)定一段時(shí)間以后再繼續(xù)加速到高脫頻率。對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，洗滌和均布過(guò)程，都是恒轉(zhuǎn)矩輸出的過(guò)程，而中脫和高脫過(guò)程，則是恒功率輸出過(guò)程。
洗滌時(shí)變頻器的頻率決定于滾筒直徑和傳送比。要獲得揉搓作用，就要用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速將布草帶到處然后落下，如果速度太慢，布草可能在較低的位置就已經(jīng)落下，揉搓作用較小；如果轉(zhuǎn)速太快，則由于離心力大于布草重力，布草無(wú)法落下，起不到揉搓作用。滾筒轉(zhuǎn)速與直徑的關(guān)系已知為：
同樣對(duì)于xgq-30f，取重力加速度g=9.8m/s2，可計(jì)算出f2≥193.1hz，于是變頻器的高脫水頻率取194hz，變頻器的運(yùn)行過(guò)程如圖2所示。時(shí)間t1表示洗滌時(shí)的加速時(shí)間，因與減速時(shí)間通常一致，因此沒(méi)有單獨(dú)標(biāo)出，而t2表示脫水加速時(shí)間，t3表示脫水完畢的減速時(shí)間。為獲得較強(qiáng)揉搓作用，洗滌時(shí)間t1通常設(shè)置得較短，這樣滾筒轉(zhuǎn)速就可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值。而脫水的加/減速時(shí)間則設(shè)置得比較長(zhǎng)，避免出現(xiàn)過(guò)電流或過(guò)電壓故障。
3 工業(yè)水洗機(jī)的常見(jiàn)故障分析
國(guó)內(nèi)的工業(yè)水洗機(jī)多使用lg公司的is5系列洗滌機(jī)械專用變頻器，因此后文涉及到的接線圖或參數(shù)都是按照is5的手冊(cè)給出。其接線圖如圖3所示。
水洗機(jī)上的變頻器容易出現(xiàn)故障，一是因?yàn)樽冾l器的負(fù)載變化較大、頻率范圍寬、振動(dòng)大。不同重量的布草、不同的高度的洗滌液位以及滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)布草的跌落等，都會(huì)引起負(fù)載力矩的大范圍變化。二是水洗機(jī)的使用環(huán)境通常都比較惡劣。國(guó)內(nèi)的洗衣房相當(dāng)一部分位于地下，濕度和灰塵大，并且由于敷設(shè)大量的蒸汽管道，夏天時(shí)的環(huán)境溫度非常高。因此導(dǎo)致了變頻器容易出現(xiàn)三大故障：過(guò)熱故障、過(guò)電流故障、過(guò)電壓故障，統(tǒng)計(jì)表明，這三類故障約占變頻器總故障率的80％。
過(guò)熱故障發(fā)生的原因是，安裝在散熱片上的溫度開關(guān)，檢測(cè)到散熱片的溫度超過(guò)了安全的溫度值，于是溫度開關(guān)斷開，變頻器控制回路檢測(cè)到后，停止主回路輸出，并給出過(guò)熱提示。這個(gè)故障多發(fā)生于夏天，夏天時(shí)溫度很高，而洗衣房中布草所產(chǎn)生的毛絨經(jīng)常堵塞散熱片的鰭片或加強(qiáng)空氣流通的風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口，引起散熱不良，熱量累積使散熱片溫度過(guò)高，造成過(guò)熱故障。的辦法就是對(duì)變頻器的散熱片、散熱風(fēng)扇定期除塵，在夏天時(shí)可借助其它通風(fēng)設(shè)備加強(qiáng)散熱。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的故障，卻是三大故障之首，也許是用戶對(duì)此不夠了解或者不夠重視的緣故。
過(guò)電流故障發(fā)生的原因是，通過(guò)互感器檢測(cè)到變頻器輸出到電機(jī)的電流超過(guò)變頻器額定電流的兩倍，并持續(xù)10s，則變頻器停止主回路輸出，給出過(guò)電流提示。對(duì)水洗機(jī)來(lái)說(shuō)，一個(gè)運(yùn)行周期約50min，洗滌所占的時(shí)間約為40nin，因此過(guò)電流一般發(fā)生在洗滌時(shí)，出現(xiàn)原因都是轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償不恰當(dāng)引起的。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償在低頻時(shí)，為補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻引起的電壓降，采用保證＝常數(shù)的方法。無(wú)論轉(zhuǎn)矩設(shè)置過(guò)大或過(guò)小，都可能出現(xiàn)過(guò)電流故障。補(bǔ)償過(guò)大，電機(jī)定子會(huì)因磁飽和出現(xiàn)大電流；補(bǔ)償過(guò)小，電機(jī)又會(huì)因輸出力矩不足而出現(xiàn)大電流。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量設(shè)置值過(guò)大還是過(guò)小比較容易判別。在不放布草時(shí)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒可以先排除機(jī)械方面的問(wèn)題，然后進(jìn)行洗滌，如果此時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流，就可能是過(guò)補(bǔ)償引起的。將fu1-26（轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償方式）改為手動(dòng)補(bǔ)償，并將fu1-27/28（正/反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量）從默認(rèn)的2％減小為1％，再次洗滌運(yùn)行，如果電流減小，即確認(rèn)為轉(zhuǎn)矩過(guò)補(bǔ)償，可進(jìn)一步減小補(bǔ)償量或減小輸出電壓值來(lái)減小運(yùn)行電流。如果在放了布草和一定高度的液位運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流，可以嘗試fu1-27/28（正/反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量）增大為3％，也可以降低液位或減輕布草重量，再次洗滌運(yùn)行，如果電流減小即確認(rèn)為轉(zhuǎn)矩欠補(bǔ)償。要通過(guò)多次更改補(bǔ)償量，然后運(yùn)行來(lái)找到最小電流點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)試中，滾筒中裝洗滌總重量的60％的布草，洗滌液位加為中水位時(shí)，調(diào)試轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量，使變頻器運(yùn)行電流小于額定電流的80％，這樣變頻器就不容易出現(xiàn)過(guò)電流故障。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，由于軸承的磨損或者潤(rùn)滑脂的干涸等，也可能引起負(fù)載變化，此時(shí)也需要調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量來(lái)解決。
過(guò)電壓故障發(fā)生的原因是，并聯(lián)在變頻器直流母線上的電容器上的電壓超過(guò)了安全值一段時(shí)間后出現(xiàn)。這個(gè)故障如果發(fā)生在運(yùn)行過(guò)程中，有可能是電源輸入電壓過(guò)高或電網(wǎng)中有瞬間過(guò)電壓，這個(gè)可以確認(rèn)電源電壓后，重新啟動(dòng)變頻器即可。如果是減速過(guò)程中出現(xiàn)，有以下的四種可能，需要一一判斷：
（1） 減速時(shí)間太短
可以將減速時(shí)間延長(zhǎng)來(lái)試驗(yàn)。
（2） 大于3.7kw的變頻器，fu2-75未選擇“external db-r”
大于3.7kw的lg變頻器都是使用外接制動(dòng)電阻的，因此使用時(shí)要選擇這個(gè)參數(shù)使外接制動(dòng)電阻有效。
（3） 制動(dòng)電阻及接線異常
用于消耗能量的電阻損壞或接線不正常，能量無(wú)法釋放，也會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓故障。斷電后從變頻器或制動(dòng)單元輸出端子上測(cè)量，確認(rèn)電阻及接線是否正常。
（4） 制動(dòng)單元損壞
制動(dòng)單元無(wú)法及時(shí)打開引起過(guò)電壓故障，可用替換法確認(rèn)。
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