矢量密闭扼制型受力取回娟程序的变频器作业研讨

　　系统说明收放卷系统的组成如下：（1）r1牵引筒半径为R1，直径D1，角速度1，线速度v1，周长C1；（2）r2卷绕筒半径为R2（变动时为RX），直径D2，角速度2，线速度v2，周长C2；（3）减速器i机械传动减速装置、减速比i=9；（4）M1，M2变频电动机；（5）PG增量编码器；（6）G霍尔开关。

　　本系统假设工艺上不允许安装力敏传感器来检测卷材的张力，为此以牵引筒上的线速度v1为系统的主令信号。使v1，v2保持一致，从而使卷材的张力符合工艺要求（不考虑材料滑动引起的速度差异）。v1，v2的控制关系如。

　　控制关系图3变频收放卷的控制原理及调试过程卷径的计算原理根据v1=v2来计算收卷的卷径。因为v1=1R1，v2=2RX。同时因为在相同时间内牵引筒上走过卷料的长度与卷绕筒收到的卷料长度相等，相同变化时间用t表示，则L1/t=L2/t，n1C1=n2C2/i（n1单位时间内牵引电机运行的圈数，n2单位时间内卷绕电机运行的圈数）。n1D1=n2D2/i，D2=n1D1i/n2。因为n2=P2/P2（P2编码器产生的脉冲数，P2编码器的线数）。n1=P1/P1，取n1=1，即卷绕筒转一圈，由霍尔开关产生一个信号送到PLC，那么D2=D1iP2/P2，就得到了卷绕筒的卷径。

　　收卷的动态过程分析要保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、起动、停车等都能保证张力的恒定，需要进行转矩的补偿。整个系统要动起来，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在起动的瞬间起作用。正常运行时要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行时一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一致的，需要进行不同大小的补偿。系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯性，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行速度也存在相应的比例关系。在不同车速时，补偿的系数是不同的，如：加速转矩、减速转矩、停车转矩、起动转矩等。克服了这些因素，还要克服负载转矩。通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过转速比折算到电机轴，这样就可分析出整个收卷过程的转矩补偿问题。

　　综上所得：电机的输出转矩=静摩擦转矩（起动瞬间）+滑动摩擦转矩+负载转矩（1）在加速时还要加上加速转矩。（2）在减速时要减去减速转矩。（3）停车时因为是通过程控减速至设定的最低速，所以停车时还要进行停车转矩的补偿和减速转矩的处理。

　　转矩的补偿标准转矩的补偿标准如下：（1）静摩擦转矩的补偿因为静摩擦转矩只在起动瞬间存在，在系统起动后就消失了，因此静摩擦转矩的补偿以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。

　　（2）滑动摩擦转矩的补偿滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都起作用，补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准，补偿量的大小与运行的速度有关系，所以在程序中要进行分段补偿。

　　（3）加减速、停车转矩的补偿补偿以收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。

　　公式计算（1）假设卷绕筒空芯卷径Dmin=200mm，最大卷径Dmax=1200mm；线速度的最大值vmax=90m/min，张力设定最大值Fmax=500N；减速比i=9.

　　速度限制如下：因为收卷电机在空芯时的转速最快为：vmax=Dminn/i即90=3.14×0.2n/9故n=1290r/min.（2）变频器工作在低频时，交流异步电动机的输出特性不好，起动转矩低而且为非线性。因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机在2Hz以下工作。故收卷电机有最低速限制。以四极电机为例，其工频同步转速为n1=60f/p=60×50/2=1500r/min.则在2Hz时的最低同步转速为n=60×2/2=60r/min.

　　（3）张力及转矩的计算如下：如果FD/2=Ti，即F=2Ti/D.对于22kW四极电机而言，其额定转矩的计算如下：T=9550P/n<1>258，T=140Nm，所以Fmax=2×140×9/0.6=4200N.（其中P为额定功率，n为额定转速）（4）张力锥度计算公式：F=F0〔1-K（1-D0/DX）〕。F为实际输出的张力，F0为操作者在机上设定的张力，K为张力锥度系数，D0为空芯卷径，DX为实时卷径。

　　结论通过以上的分析，使用矢量型变频器做张力控制变频收卷时，只要能对上述收卷的整个动态过程有比较清晰的认识，能在不同的过程中，只要能对转矩补偿量找到一个合适的数值，就能保证恒张力的控制，满足客户的要求。但是张力控制专用变频器还是有其适用的场合，它适用于张力范围比较宽，而且张力较大的系统中（数千N）。

　　系统说明收放卷系统的组成如下：（1）r1牵引筒半径为R1，直径D1，角速度1，线速度v1，周长C1；（2）r2卷绕筒半径为R2（变动时为RX），直径D2，角速度2，线速度v2，周长C2；（3）减速器i机械传动减速装置、减速比i=9；（4）M1，M2变频电动机；（5）PG增量编码器；（6）G霍尔开关。

　　本系统假设工艺上不允许安装力敏传感器来检测卷材的张力，为此以牵引筒上的线速度v1为系统的主令信号。使v1，v2保持一致，从而使卷材的张力符合工艺要求（不考虑材料滑动引起的速度差异）。v1，v2的控制关系如。

　　控制关系图3变频收放卷的控制原理及调试过程卷径的计算原理根据v1=v2来计算收卷的卷径。因为v1=1R1，v2=2RX。同时因为在相同时间内牵引筒上走过卷料的长度与卷绕筒收到的卷料长度相等，相同变化时间用t表示，则L1/t=L2/t，n1C1=n2C2/i（n1单位时间内牵引电机运行的圈数，n2单位时间内卷绕电机运行的圈数）。n1D1=n2D2/i，D2=n1D1i/n2。因为n2=P2/P2（P2编码器产生的脉冲数，P2编码器的线数）。n1=P1/P1，取n1=1，即卷绕筒转一圈，由霍尔开关产生一个信号送到PLC，那么D2=D1iP2/P2，就得到了卷绕筒的卷径。

　　收卷的动态过程分析要保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、起动、停车等都能保证张力的恒定，需要进行转矩的补偿。整个系统要动起来，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在起动的瞬间起作用。正常运行时要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行时一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一致的，需要进行不同大小的补偿。系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯性，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行速度也存在相应的比例关系。在不同车速时，补偿的系数是不同的，如：加速转矩、减速转矩、停车转矩、起动转矩等。克服了这些因素，还要克服负载转矩。通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过转速比折算到电机轴，这样就可分析出整个收卷过程的转矩补偿问题。

　　综上所得：电机的输出转矩=静摩擦转矩（起动瞬间）+滑动摩擦转矩+负载转矩（1）在加速时还要加上加速转矩。（2）在减速时要减去减速转矩。（3）停车时因为是通过程控减速至设定的最低速，所以停车时还要进行停车转矩的补偿和减速转矩的处理。

　　转矩的补偿标准转矩的补偿标准如下：（1）静摩擦转矩的补偿因为静摩擦转矩只在起动瞬间存在，在系统起动后就消失了，因此静摩擦转矩的补偿以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。

　　（2）滑动摩擦转矩的补偿滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都起作用，补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准，补偿量的大小与运行的速度有关系，所以在程序中要进行分段补偿。

　　（3）加减速、停车转矩的补偿补偿以收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。

　　公式计算（1）假设卷绕筒空芯卷径Dmin=200mm，最大卷径Dmax=1200mm；线速度的最大值vmax=90m/min，张力设定最大值Fmax=500N；减速比i=9.

　　速度限制如下：因为收卷电机在空芯时的转速最快为：vmax=Dminn/i即90=3.14×0.2n/9故n=1290r/min.（2）变频器工作在低频时，交流异步电动机的输出特性不好，起动转矩低而且为非线性。因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机在2Hz以下工作。故收卷电机有最低速限制。以四极电机为例，其工频同步转速为n1=60f/p=60×50/2=1500r/min.则在2Hz时的最低同步转速为n=60×2/2=60r/min.

　　（3）张力及转矩的计算如下：如果FD/2=Ti，即F=2Ti/D.对于22kW四极电机而言，其额定转矩的计算如下：T=9550P/n<1>258，T=140Nm，所以Fmax=2×140×9/0.6=4200N.（其中P为额定功率，n为额定转速）（4）张力锥度计算公式：F=F0〔1-K（1-D0/DX）〕。F为实际输出的张力，F0为操作者在机上设定的张力，K为张力锥度系数，D0为空芯卷径，DX为实时卷径。

　　结论通过以上的分析，使用矢量型变频器做张力控制变频收卷时，只要能对上述收卷的整个动态过程有比较清晰的认识，能在不同的过程中，只要能对转矩补偿量找到一个合适的数值，就能保证恒张力的控制，满足客户的要求。但是张力控制专用变频器还是有其适用的场合，它适用于张力范围比较宽，而且张力较大的系统中（数千N）。