摘要： 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(yè)生產的很多行業(yè)，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(yè)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(yōu)于直流電動機，矢量變頻控制正在這些行業(yè)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(huán)控制

速度模式下的張力閉環(huán)控制是通過調節(jié)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(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(jié)性能要好，同步匹配頻率指令要準確，這樣系統(tǒng)更容易穩(wěn)定，否則系統(tǒng)就會震蕩、不穩(wěn)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(huán)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(wěn)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(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(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(huán)控制

張力閉環(huán)控制是在張力開環(huán)控制的基礎上增加了張力反饋閉環(huán)調節(jié)。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(huán)調節(jié)，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(huán)控制相同。不論采用張力開環(huán)模式還是閉環(huán)模式，在系統(tǒng)加、減速的過程中，需要提供額外的轉矩用于克服整個系統(tǒng)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(fā)展，新的理論和控制技術將不斷涌現，控制模式還將繼續(xù)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。


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

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

不是這樣的哦
我這個傳動比是這么定義
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
我這個傳動比是這么定義
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比應該是1/13

很抱歉 我們可以推理下 這幾個公式推理
∵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f是卷筒的頻率
因此要求出電機的頻率就是乘以這個比值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，個人認為我的推理沒有錯。

OK!OK!

1.電機轉速n=60*頻率F/電機磁極對數P
                   n=60*F/p
2.卷筒線速V=電機轉速/電機傳動比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的生產線的公式推出來的

V=(n/i)*3.14D
這個公式是怎么推理出來的
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過程沒看懂
ω=2×V/D=π×n/30

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