歐瑞變頻器在塑料、印刷機械收卷設備上的應用

一、摘要

      本文介紹了歐瑞傳動有速度傳感器矢量變頻器替代力矩電機在塑料機械和印刷機械收卷設備上的應用方案，由于它具有寬闊的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩設定范圍、運行特性更加平滑，已經(jīng)越來越多地被用于塑料包裝和印刷企業(yè)。

   （1）力矩電機概述

     力矩電機是一種具有軟機械特性和寬調(diào)速范圍的特種電機。力矩電機包括：直流力矩電機、交流力矩電機、和無刷直流力矩電機。 

   （2） 力矩電機的構(gòu)造原理

      當負載增加時，電動機的轉(zhuǎn)速能自動的隨之降低，而輸出力矩增加，保持與負載平衡。力矩電機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高，堵轉(zhuǎn)電流小，能承受一定時間的堵轉(zhuǎn)運行。由于轉(zhuǎn)子電陰高，損耗大，所產(chǎn)生的熱量也大，特別在低速運行和堵轉(zhuǎn)時更為嚴重，因此，電機在后端蓋上裝有獨立的軸流或離心式風機（輸出力矩較小100機座號及以下除外），作強迫通風冷卻，力矩電機配以可控硅控制裝置，可進行調(diào)壓調(diào)速，調(diào)速范圍可達1：4，轉(zhuǎn)速變化率≤10%。本系列電機的特性使其適用于卷繞，開卷、堵轉(zhuǎn)和調(diào)速等場合及其他用途，被廣泛應用于紡織、電線電纜、金屬加工、造紙、橡膠、塑料以及印刷機械等工業(yè)領域。 

    （3）力矩電機主要特點

      力矩電機的特點是具有軟的機械特性,可以堵轉(zhuǎn).當負載轉(zhuǎn)矩增大時能自動降低轉(zhuǎn)速,同時加大輸出轉(zhuǎn)矩.當負載轉(zhuǎn)矩為一定值時改變電機端電壓便可調(diào)速.但轉(zhuǎn)速的調(diào)整率不好!因而在電機軸上加一測速裝置,配上控制器.利用測速裝置輸出的電壓和控制器給定的電壓相比,來自動調(diào)節(jié)電機的端電壓.使電機穩(wěn)定!

      具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好、力矩波動小等特點，可直接驅(qū)動負載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統(tǒng)的運行精度。為取得不同性能指標，該電機有小氣隙、中氣隙、大氣隙三種不同結(jié)構(gòu)形式，小氣隙結(jié)構(gòu)，可以滿足一般使用精度要求，優(yōu)點是成本較低；大氣隙結(jié)構(gòu)，由于氣隙增大，消除了齒槽效應，減小了力矩波動，基本消除了磁阻的非線性變化，電機線性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時間常數(shù)小，但是制造成本偏高；中氣隙結(jié)構(gòu)，其性能指標略低于大氣隙結(jié)構(gòu)電機，但遠高于小氣隙結(jié)構(gòu)電機，而體積小于大氣隙結(jié)構(gòu)電機，制造成本低于大氣隙結(jié)構(gòu)電機。 

    （4）力矩電機應用

      在機械制造、紡織、造紙、橡膠、塑料、金屬線材和電線電纜等工業(yè)中，需要將產(chǎn)品卷繞在卷筒（盤）上。卷繞的直徑從開始至末了是越卷越大，為保持被卷物張力均勻（即線速度不變），就要求卷筒轉(zhuǎn)速越卷越小，卷繞力越卷越大。應用特性卷繞、開卷（制動恒功率特性）、無級調(diào)速等。

1、卷繞

      在電線電纜、紡織、金屬加工、造紙等加工時，卷繞是一個十分重要的工序。產(chǎn)品卷繞時卷筒的直徑逐漸增大，在整個過程中保持被卷產(chǎn)品的張力不變十分重要，因為張力過大會將線材的線徑拉細甚至拉斷，或造成產(chǎn)品的厚薄不均勻，而張力過小則可造成卷繞松弛。為使在卷繞過程中張力保持不變，必須在產(chǎn)品卷繞到卷盤上的盤徑增大時驅(qū)動卷筒的電機的輸出力矩也增大，同時為保持卷繞產(chǎn)品線速度不變，須使卷盤的轉(zhuǎn)速隨之降低，力矩電動機的機械特性恰好能滿足這一要求。

2、開卷（制動恒功率特性）

      開卷亦稱松卷、放卷、放線等。在工業(yè)生產(chǎn)中，有時需要把卷繞在滾筒上的產(chǎn)品輸送到下一個工序。在輸送過程中，要求施于產(chǎn)品一個與傳動方向相反的張力，同時要求隨著筒徑的變化，而保持產(chǎn)品傳動的線速度和反向張力恒定，這就要求電機具有制動恒功率特性。

3、無級調(diào)速

      力矩電機的機械特性可以在現(xiàn)代伺服驅(qū)動裝置的控制下實現(xiàn)較高的剛度，因此可以代替原來機械傳動裝置實現(xiàn)直接驅(qū)動。目前已經(jīng)有采用力矩電機為核心動力元件的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控擺角銑頭等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在體積功率比上還不如機械傳動裝置的當，但由于其沒有傳動間隙，沒有磨損，傳動精度和效率高等優(yōu)勢，已經(jīng)開始在精密裝備上推廣使用行。

4、堵轉(zhuǎn)

      在某些特殊場合中，有時要求電機在一段時間內(nèi)保持一靜止的力矩，如電纜收卷起始階段須保持張緊；大型鍛壓機的鍛件夾持裝置等。由于力矩電機的阻抗較大；其堵轉(zhuǎn)電流較小，同時采用了強迫通風，所以能滿足一定時間內(nèi)的堵轉(zhuǎn)要求。允許堵轉(zhuǎn)時間應按銘牌上標定值，如需較長的堵轉(zhuǎn)時間，可選用較大的力矩電機，通過降低力矩電機的端電壓來獲得。

5、其它

      力矩電機還可根據(jù)其多種特點靈活應用，如本身具有直流串勵電機特性，可部分代替直流電機使用；又如根據(jù)其轉(zhuǎn)子具有高電阻特性，起動（堵轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)矩大，故可應用在啟閉閘（閥）門以及阻力矩大的拖動系統(tǒng)中；也可利用其起動（堵轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)矩大，起動（堵轉(zhuǎn)）電流小，實心轉(zhuǎn)子的機械強度高的特點，而使用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的裝置或其他類似動作的各種機械上。

二  F3000代替力矩電機的配置

  　1   F3000系列變頻器

　  2   變頻矢量電動機

　  3   旋轉(zhuǎn)編碼器

三 變頻器參數(shù)設置和接線
在實際工作使用過程中，最常用的是只使用模擬量調(diào)節(jié)來控制轉(zhuǎn)矩大小，而速度極限控制使用固定值就可以了，不低于設備要求的最高工作頻率。 

四  F3000變頻器帶動變頻矢量電機的工作過程

F3000變頻器與變頻電機取代力矩電機后，其完全可以達到力矩電機的功能：

1   開機空載時，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制電位器來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩的大小，通�？蛻魰�有一個經(jīng)驗值，這時電機的轉(zhuǎn)速會升到所設置的速度極限值。

2   當帶上負載開始收卷后，收卷電機會由于加載而速度降低，從牽引處到收卷軸處的塑料薄膜的張力達到電機所調(diào)的力矩時，速度保持不變繼續(xù)收卷，若牽引速度加快，那么這一段膜的張力就會減少，少于電機的當前力矩，那么變頻器的速度就會加快，直至一致。反之亦然。

3   若牽引電機停止工作，那么收卷電機也會由于膜的張力過大而停機，變頻器的頻率降到零，同時保持現(xiàn)有的力矩大小以使膜不會松弛。一旦牽引電機開始工作，收卷電機會隨之加減速。

五　結(jié)束語

      用歐瑞變頻器替代力矩電機實現(xiàn)恒張力收放卷功能，具有優(yōu)越的轉(zhuǎn)矩特性，而且大大提高了設備的可靠性，克服了電機的發(fā)熱情況，節(jié)約了電能，也可減小電機的故障。所以越來越多的客戶開始采用變頻器來替代力矩電機實現(xiàn)橫張力控制