替代力矩電機(jī)方案

發(fā)布時(shí)間：2018/5/17

一、系統(tǒng)介紹

現(xiàn)在的線材加工設(shè)備大多需要對(duì)加工完成的成品進(jìn)行工字輪收線。過(guò)去常采用力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)工字輪收線，材料經(jīng)過(guò)前級(jí)處理后需要按照一定的張力要求收緊在工字輪上，通過(guò)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)收卷工字輪，通過(guò)力矩電機(jī)控制器設(shè)定收卷張力，驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)保持設(shè)定張力；收卷部分沒(méi)有安裝反饋當(dāng)前張力大小的信號(hào)的檢測(cè)裝置。但該方式能耗大，力矩電機(jī)和控制器維護(hù)成本高。

本公司充分發(fā)揮產(chǎn)品自身優(yōu)勢(shì)，率先在國(guó)產(chǎn)變頻器中提出并推廣了無(wú)速度編碼器反饋的開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩方案，拆除力矩電機(jī)及其控制器，安裝普通異步電機(jī)；采用藍(lán)海華騰張力控制專(zhuān)用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)；可通過(guò)模擬量或數(shù)字方式進(jìn)行張力設(shè)定。該方案無(wú)需安裝用于反饋電機(jī)速度的編碼器信號(hào)，也無(wú)需任何張力架、張力傳感器等反饋信號(hào)；產(chǎn)品采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩控制算法，通過(guò)對(duì)電機(jī)工作電流的辨識(shí)和解耦，以及機(jī)內(nèi)對(duì)卷徑的自動(dòng)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的精確轉(zhuǎn)矩控制以獲得優(yōu)于力矩電機(jī)的線材卷繞的恒張力控制性能。

替代力矩電機(jī)方案 




圖1 

二、工藝介紹：

同步收線。在設(shè)備工作過(guò)程中，由于啟動(dòng)運(yùn)行或前級(jí)處理線材的線速度給定可能隨時(shí)會(huì)調(diào)整變化，所以要求后級(jí)收卷一定要時(shí)刻跟隨前級(jí)當(dāng)前的運(yùn)行速度。若后級(jí)跟隨慢了，會(huì)造成工字輪上的絲線松散甚至亂線，若后級(jí)跟隨快了，可能造成成品局部的牽伸變形甚至拉斷線。所以要求電機(jī)運(yùn)行時(shí)力矩控制穩(wěn)定且響應(yīng)迅速。

空卷滿卷啟動(dòng)或停車(chē)。在實(shí)際工作中，無(wú)論當(dāng)前工字輪上線材纏繞的多少，也就是說(shuō)無(wú)論卷徑的大小，都會(huì)可能有啟動(dòng)或者停機(jī)的要求；特別是滿卷時(shí)，當(dāng)前的工字輪最重，慣性也最大，加之考慮到摩擦力，系統(tǒng)慣量等因素和空卷時(shí)差別很大。所以要求，電機(jī)的可以輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大且穩(wěn)定，并且隨著卷徑的變化應(yīng)補(bǔ)償該變化引起的實(shí)際需求轉(zhuǎn)矩的變化，快速停機(jī)時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大而且輸出穩(wěn)定保證同步性能好。

全速度范圍內(nèi)的運(yùn)行。由于機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)需要兼顧低速和高速時(shí)的拉伸力矩，所以轉(zhuǎn)動(dòng)比一旦確定下來(lái)，收卷電機(jī)可能會(huì)工作在很低的轉(zhuǎn)速下（比如1Hz），也可能會(huì)工作在很高的速度下，甚至電機(jī)會(huì)在恒功率區(qū)工作。所以要求無(wú)論負(fù)載大小，電機(jī)的速度波動(dòng)要小，低速或弱磁區(qū)工作時(shí)轉(zhuǎn)矩輸出大且穩(wěn)定。

排線。通常成品線材是層繞在工字輪上的，在工字輪的橫軸上，線材應(yīng)該一圈一圈平行緊密地從橫軸的一段到另一段排列在一起，實(shí)現(xiàn)一層；再逐層地加厚最后實(shí)現(xiàn)一卷成品。這就要求有一個(gè)排線裝置來(lái)完成線材在橫軸上端到下端往復(fù)的排列成品線材。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，排線的實(shí)現(xiàn)有很多種方案，比如機(jī)械，變頻，或伺服等。急停。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，若出現(xiàn)緊急情況，要求整個(gè)設(shè)備盡可能快地停下來(lái)。這時(shí)候拉伸和收卷電機(jī)處于快減速的狀態(tài)，要求停機(jī)過(guò)程結(jié)束后絲線不會(huì)被拉斷，這樣才可以保證下次可以順利啟動(dòng)。

三、藍(lán)海華騰產(chǎn)品的特點(diǎn)

收卷采用轉(zhuǎn)矩開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需外加速度反饋的編碼器信號(hào)，節(jié)約成本且徹底免除外界干擾，保證工作時(shí)不會(huì)因?yàn)榉答伿艿礁蓴_停機(jī)，斷線，速度波動(dòng)。收卷轉(zhuǎn)矩控制精度高，可準(zhǔn)確提供用戶需要的張力并且對(duì)張力給定響應(yīng)快，保證加工的材料粗細(xì)均勻。收卷部分啟動(dòng)停機(jī)平滑，尤其是低速下張力控制穩(wěn)定，收卷的線材不會(huì)被拉細(xì)或者拉斷。

轉(zhuǎn)矩輸出能力強(qiáng)，在全速度范圍內(nèi)可持續(xù)提供額定或者最高至2.0倍額定的轉(zhuǎn)矩，對(duì)收卷盤(pán)徑適應(yīng)能力強(qiáng)。采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩電流識(shí)別算法，可以根據(jù)當(dāng)前的盤(pán)徑大小，自動(dòng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，滑動(dòng)時(shí)的摩擦力，采用智能收卷卷徑識(shí)別，識(shí)別精度高，抗繞動(dòng)能力強(qiáng)，從而從根本上保證了線材加工時(shí)提供前后一致的張力控制特性。

張力控制精確，特別是能夠在加減速動(dòng)態(tài)運(yùn)行中提供持續(xù)恒定的張力；
完全替代原有的力矩控制儀加上力矩電機(jī)方案，采用變頻器和普通異步電機(jī)方案時(shí)，原有的操作習(xí)慣不變。

節(jié)能效果明顯且使用可靠，完美的轉(zhuǎn)矩電流控制技術(shù)，無(wú)額外的熱能耗；
原來(lái)的力矩電機(jī)發(fā)熱帶來(lái)低效以及易壞，現(xiàn)在的變頻器方案可以保證精確的力矩輸出，無(wú)額外的熱能耗，延長(zhǎng)了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。無(wú)需外加編碼器速度反饋，節(jié)約成本且徹底免除干擾帶來(lái)的停機(jī)和速度波動(dòng)；

四、總體方案概述

收卷部分選型：V6?H?4T**(不支持卷徑計(jì)算)V6?T?4T**(支持卷徑計(jì)算)

采用矢量控制模式下（P0.03=4）的轉(zhuǎn)矩控制方式（Pd.00=1）。

為了保證在力矩電機(jī)收線改造過(guò)程后工作正常，需要重新將電機(jī)軸側(cè)負(fù)載完全脫開(kāi)后旋轉(zhuǎn)自整定；建議用戶在替換力矩電機(jī)改造時(shí)，電機(jī)的極數(shù)應(yīng)和原力矩電機(jī)極數(shù)保持一致，以避免改造后的異步電機(jī)運(yùn)行速度過(guò)高。

若只做線上的恒轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，通過(guò)模擬量給定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩即可實(shí)現(xiàn)；若考慮到隨著工字輪上的收卷卷徑不斷變化而線上的轉(zhuǎn)矩給定自動(dòng)變化，還需要做線上恒張力控制，需要送入前級(jí)運(yùn)行的當(dāng)前線速度，變頻器機(jī)內(nèi)可自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前卷徑，這樣模擬量可直接給定目標(biāo)張力。