本文從應用的角度闡述了當前技術條件下矢量變頻技術在卷取傳動中運用和設計的方法和思路有較強的實用性和理論指導性關鍵詞張力變頻矢量轉矩卷徑引言在工業生產的很多行業都要進行精確的張力控制保持張力的恒定以提高產品的質量諸如造紙印刷印染包裝電線電纜光纖電纜紡織皮革金屬箔加工纖維橡膠冶金等行業都被廣泛應用在變頻技術還沒有成熟以前通常采用直流控制以獲得良好的控制性能隨著變頻技術的日趨成熟出現了矢量控制變頻器張力控制專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由于交流電動機的結構性價比使用維護等很多方面都優于直流電動機矢量變頻控制正在這些行業被越來越廣泛的應用有取代直流控制的趨勢

張力控制的目的就是保持線材或帶材上的張力恒定矢量控制變頻器可以通過兩種途徑達到目的一通過控制電機的轉速來實現另一種是通過控制電機輸出轉矩來實現速度模式下的張力閉環控制速度模式下的張力閉環控制是通過調節電機轉速達到張力恒定的首先由帶（線）的線速度和卷筒的卷徑實時計算出同步匹配頻率指令然后通過張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設定值構成PID閉環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材料線速度p電機極對數（變頻器根據電機參數自動獲得）i機械傳動比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控制中若采用轉矩控制模式當材料的機械性能出現波動就會出現拉絲困難軋機軋不動等不正常情況轉矩模式下的張力控制

一轉矩模式下的張力開環控制在這種模式下無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結構簡潔效果較好但變頻器需工作在閉環矢量控制方式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機械傳動比D卷筒的卷徑電機的轉矩被計算出來后用來控制變頻器的電流環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環控制張力閉環控制是在張力開環控制的基礎上增加了張力反饋閉環調節通過張力檢測裝置反饋張力信號與張力設定值構成PID閉環調節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其張力計算與開環控制相同不論采用張力開環模式還是閉環模式在系統加減速的過程中需要提供額外的轉矩用于克服整個系統的轉動慣量如果不加補償將出現收卷過程加速時張力偏小減速時張力偏大放卷過程加速時張力偏大減速時張力偏小的現象這種控制模式多用在造紙紡織等卷取微張力控制的場合下在我公司尚無需這種控制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在生產過程中開卷機的卷徑是在不斷變小卷取機的卷徑在不斷變大也就是說轉矩必須隨著卷徑的變化而變化才能獲得穩定的張力控制可見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通過系統當前線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機械傳動比n電機轉速V線速度當系統運行速度較低時材料線速度和變頻器輸出頻率都較低較小的檢測誤差就會使卷徑計算產生較大的誤差所以要設定一個最低線速度當材料線速度低于此值時卷徑計算停止卷徑當前值保持不變此值應設為正常工作線速度以下多數應用場合下的變頻器都使用這種方法進行卷徑計算

2度積分法根據材料厚度按卷筒旋轉圈數進行卷徑累加或遞減對于線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此方法在單一產品的生產場合被廣泛應用若厚度是需要經常變化的需要通過人機界面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在一般的國產設備上應用較少我公司的進口設備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卷徑信號通過模擬輸入口輸入給變頻器由于卷徑傳感器的性能價格使用環境等原因在國內鮮有使用結束語矢量變頻技術在卷取應用中的方法多種多樣在當前技術條件下上述模式是最具有代表性的無論是設計還是維修了解你所使用設備的工作模式和控制特點是非常重要的變頻技術還在高速發展新的理論和控制技術將不斷涌現控制模式還將繼續推陳出新我們期待著更先進更實用的技術不斷出現以此來改變我們的生活