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摘要： 本文從應用的角度闡述了當前技術(shù)條件下，矢量變頻技術(shù)在卷取傳動(dòng)中運用和設計的方法和思路。有較強的實(shí)用性和理論指導性。
關(guān)鍵詞： 張力 變頻 矢量 轉矩 卷徑

引言：

在工業(yè)生產(chǎn)的很多行業(yè)，都要進(jìn)行精確的張力控制，保持張力的恒定，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。諸如造紙、印刷印染、包裝、電線(xiàn)電纜、光纖電纜、紡織、皮革、金屬箔加工、纖維、橡膠、冶金等行業(yè)都被廣泛應用。在變頻技術(shù)還沒(méi)有成熟以前，通常采用直流控制，以獲得良好的控制性能。隨著(zhù)變頻技術(shù)的日趨成熟，出現了矢量控制變頻器、張力控制專(zhuān)用變頻器等一些高性能的變頻器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流電動(dòng)機的結構、性?xún)r(jià)比、使用、維護等很多方面都優(yōu)于直流電動(dòng)機，矢量變頻控制正在這些行業(yè)被越來(lái)越廣泛的應用，有取代直流控制的趨勢。

張力控制的目的就是保持線(xiàn)材或帶材上的張力恒定，矢量控制變頻器可以通過(guò)兩種途徑達到目的：一、通過(guò)控制電機的轉速來(lái)實(shí)現；另一種是通過(guò)控制電機輸出轉矩來(lái)實(shí)現。

速度模式下的張力閉環(huán)控制

速度模式下的張力閉環(huán)控制是通過(guò)調節電機轉速達到張力恒定的。首先由帶（線(xiàn)）的線(xiàn)速度和卷筒的卷徑實(shí)時(shí)計算出同步匹配頻率指令，然后通過(guò)張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設定值構成PID閉環(huán)，調整變頻器的頻率指令。

同步匹配頻率指令的公式如下：

F=（V×p×i）/（π×D）

其中：F變頻器同步匹配頻率指令V材料線(xiàn)速度p電機極對數（變頻器根據電機參數自動(dòng)獲得）i機械傳動(dòng)比D卷筒的卷徑

變頻器的品牌不同、設計者的用法不同，獲得以上各變量的途徑也不同，特別是材料的線(xiàn)速度（V）和卷筒的卷徑（D），計算方法多種多樣，在此不一一列舉。

這種控制模式下要求變頻器的PID調節性能要好，同步匹配頻率指令要準確，這樣系統更容易穩定，否則系統就會(huì )震蕩、不穩定。這種模式多用在拉絲機的連拉和軋機的連軋傳動(dòng)控制中。若采用轉矩控制模式，當材料的機械性能出現波動(dòng)，就會(huì )出現拉絲困難，軋機軋不動(dòng)等不正常情況。

轉矩模式下的張力控制

一、轉矩模式下的張力開(kāi)環(huán)控制

在這種模式下，無(wú)需張力檢測反饋裝置，就可以獲得更為穩定的張力控制效果，結構簡(jiǎn)潔，效果較好。但變頻器需工作在閉環(huán)矢量控制方式，必須安裝測速電機或編碼器，以便對電機的轉速做精確測量反饋。

轉矩的計算公式如下：

T=（F×D）/（2×i）

其中：T變頻器輸出轉矩指令F張力設定指令i機械傳動(dòng)比D卷筒的卷徑

電機的轉矩被計算出來(lái)后，用來(lái)控制變頻器的電流環(huán)，這樣就可以控制電機的輸出轉矩。所以轉矩計算非常重要。這種控制多用在對張力精度要求不高的場(chǎng)合，在我鑫科公司就有廣泛的應用。如精帶公司的脫脂機、氣墊爐的收卷控制中都采用了這中控制模式。

二、轉矩模式下轉矩模式下的張力開(kāi)環(huán)控制

張力閉環(huán)控制是在張力開(kāi)環(huán)控制的基礎上增加了張力反饋閉環(huán)調節。通過(guò)張力檢測裝置反饋張力信號與張力設定值構成PID閉環(huán)調節，調整變頻器輸出轉矩指令，這樣可以獲得更高的張力控制精度。其張力計算與開(kāi)環(huán)控制相同。不論采用張力開(kāi)環(huán)模式還是閉環(huán)模式，在系統加、減速的過(guò)程中，需要提供額外的轉矩用于克服整個(gè)系統的轉動(dòng)慣量。如果不加補償，將出現收卷過(guò)程加速時(shí)張力偏小，減速時(shí)張力偏大，放卷過(guò)程加速時(shí)張力偏大，減速時(shí)張力偏小的現象。

這種控制模式多用在造紙、紡織等卷取微張力控制的場(chǎng)合下。在我公司尚無(wú)需這種控制。

卷徑計算

在所有的模式中都需要用到卷筒的卷徑，大家知道，在生產(chǎn)過(guò)程中開(kāi)卷機的卷徑是在不斷變小，卷取機的卷徑在不斷變大，也就是說(shuō)轉矩必須隨著(zhù)卷徑的變化而變化，才能獲得穩定的張力控制�？梢�(jiàn)卷筒的卷徑計算是多么地重要。卷徑的計算有兩中途徑：一種是通過(guò)外部將計算好的卷徑直接傳送給變頻器，一般是在PLC中運算獲得。另一種是變頻器自己運算獲得，矢量控制型變頻器都具有卷徑計算功能，在大多數的應用中都是通過(guò)變頻器自己運算獲得。這樣可以減少PLC程序的復雜性和調試難度、降低成本。

變頻器自己計算卷徑的方法有三種：

1、速度計算法：

通過(guò)系統當前線(xiàn)速度和變頻器輸出頻率計算卷徑。

其公式如下：

D=（i×V）/（π×n）D所求卷徑I機械傳動(dòng)比n電機轉速V線(xiàn)速度

當系統運行速度較低時(shí)，材料線(xiàn)速度和變頻器輸出頻率都較低，較小的檢測誤差就會(huì )使卷徑計算產(chǎn)生較大的誤差，所以要設定一個(gè)最低線(xiàn)速度，當材料線(xiàn)速度低于此值時(shí)卷徑計算停止，卷徑當前值保持不變。此值應設為正常工作線(xiàn)速度以下。多數應用場(chǎng)合下的變頻器都使用這種方法進(jìn)行卷徑計算。

2、度積分法：

根據材料厚度按卷筒旋轉圈數進(jìn)行卷徑累加或遞減，對于線(xiàn)材還需設定每層的圈數。

這種方法計算要求輸入材料厚度，若厚度是固定不變的，可以在變頻器中設定。此方法在單一產(chǎn)品的生產(chǎn)場(chǎng)合被廣泛應用。

若厚度是需要經(jīng)常變化的，需要通過(guò)人機界面HMI或智能儀表將厚度信號傳送到PLC，由PLC或儀表進(jìn)行運算后再傳送給變頻器。這種計算方法可以獲得比較精確的卷徑。在一般的國產(chǎn)設備上應用較少，我公司的進(jìn)口設備，氣墊爐的收、放卷控制上就采用這種計算方式。

3、模擬量輸入

當選用外部卷徑傳感器時(shí)，卷徑信號通過(guò)模擬輸入口輸入給變頻器。由于卷徑傳感器的性能、價(jià)格、使用環(huán)境等原因，在國內鮮有使用。

結束語(yǔ)：

矢量變頻技術(shù)在卷取應用中的方法多種多樣，在當前技術(shù)條件下，上述模式是最具有代表性的。無(wú)論是設計還是維修，了解你所使用設備的工作模式和控制特點(diǎn)是非常重要的。變頻技術(shù)還在高速發(fā)展，新的理論和控制技術(shù)將不斷涌現，控制模式還將繼續推陳出新。我們期待著(zhù)更先進(jìn)、更實(shí)用的技術(shù)不斷出現，以此來(lái)改變我們的生活。


非常疑問(wèn)的是
請教各位
F=（V×p×i）/（π×D）
這個(gè)公式中 我V=120M/min
p=2
i=13
D=0.3M
的時(shí)候
我計算出來(lái)的頻率是 3312.102 HZ這個(gè)頻率遠遠超出了50HZ 這個(gè)公式和實(shí)際完全不符合啊
大家說(shuō)怎么辦啊!是不是公式設計錯誤還是怎么了?

暈
傳動(dòng)比是1/13
你應該這樣算:120*2/3.14*0.3*13=19.6Hz

不是這樣的哦
我這個(gè)傳動(dòng)比是這么定義
電機所帶齒輪直徑可以定量為1
卷筒的為的直徑可以定量為13啊
就是電機轉13圈
卷筒才轉1圈的


我們可以想象下 那有用電機帶大輪，卷筒用小輪的呢。

再想想哦

引用

引用第2樓grass7670于2008-08-05 10:14發(fā)表的  :
不是這樣的哦
我這個(gè)傳動(dòng)比是這么定義
電機所帶齒輪直徑可以定量為1
卷筒的為的直徑可以定量為13啊
就是電機轉13圈
.......

那就是說(shuō)要電機轉13轉,卷筒才轉一轉對吧?
所以卷筒轉速V=電機轉速n/13
因此在公式里的轉動(dòng)比應該是1/13

很抱歉 我們可以推理下 這幾個(gè)公式推理
∵V=ω×D/2
∴ω=2×V/D=π×n/30
∴n=60×V/（π×D）=60f /p
∴f=V×P/（π×D）
這個(gè)f是卷筒的頻率
因此要求出電機的頻率就是乘以這個(gè)比值13
即F機=F卷×i=F卷×13
用公式也就是
F機=F卷×i=V×P×i/（π×D）=V×P×13/（π×D）

以上請看，個(gè)人認為我的推理沒(méi)有錯。

OK!OK!

1.電機轉速n=60*頻率F/電機磁極對數P
                   n=60*F/p
2.卷筒線(xiàn)速V=電機轉速/電機傳動(dòng)比i*3.14*卷筒直徑
          V=(n/i)*3.14D
                    V=60*F*3.14*D/(i*p)
3.把V=120MIN/M,P=2,i=13,D=0.3M代入上面公式
120=60*F*3.14*0.3/(13*2)
  120=56.55*F/26
F=120*26/56.55
    =55.17HZ
以上是我用自己以前做過(guò)的生產(chǎn)線(xiàn)的公式推出來(lái)的

V=(n/i)*3.14D
這個(gè)公式是怎么推理出來(lái)的
我不是很明白哦

同意樓上的算法。公式F=（V×p×i）/（π×D）要不v單位是m/s要不就是錯了。

6樓正解！

4樓的推導下面的這個(gè)過(guò)程沒(méi)看懂
ω=2×V/D=π×n/30

n/i就是卷筒每分鐘轉多少轉，一轉的長(cháng)度是π×D， (n/i)*3.14D就是每分鐘轉多少米(不就是線(xiàn)速度V嘛)。

引用

引用第10樓bogegongkong于2008-08-05 21:10發(fā)表的  :
n/i就是卷筒每分鐘轉多少轉，一轉的長(cháng)度是π×D， (n/i)*3.14D就是每分鐘轉多少米(不就是線(xiàn)速度V嘛)。

切記n是卷筒每分鐘轉多少圈，不是電機的。
想想電機轉的比卷筒快，那是不是電機轉速=卷筒轉速*ii
也就是說(shuō)卷筒轉1圈，電機就要轉13圈

以上請討論。謝謝！

如果按照n/i來(lái)算將是，卷筒轉1圈，電機轉1/13圈
這樣的減速方式不是很妥當的。