变频器在印刷系统中的应用

多年来我们国家在印刷系统中主传动都是采用整流子电动机、滑差电动机和直流电动机为主的动力源。整流子异步电动是一种恒转矩交流调速异步电动机，它的调速范围比较广，能无极调速，它与机械变速和电气调速装置相比较，具有起动性能好，负载功率因数和效率较高等优点，但是它的体积大，结构复杂，做成自动调速装置也比较复杂，维修比较困难。 转差离合器调速电机，它是采用了电磁调速异步电动机，电磁调速系统是以异步电动机为原动机，而通过改变电磁离合器励磁电流的大小来实现调速的，它的优点是装置及线路控制简单，价格便宜，但是它只能用于中速以上，而且耗能大、效率低，而且容易产生飞车。 直流电动机多在卷筒纸印刷机上做主传动，但是在当时的条件下，由于半导体元器件的质量，制造精度和组装工艺的限制，也出现了很多问题。 八十年代北京人民机器生产的PPZ1020-1机组式平版胶印机主传就采用了BBP-K变频器进行调速，当时电气控制是以PC机(可编程序控制器)为控制核心，因为PC性能可靠稳定(日本OMRON公司生产)，可以保证电气系统的正常运行，PC机主要由输入端，输出端及CPU为控制核心的内部电路组成控制(光电，限位开关和按钮等)信号接入输入部，输出端分别接在外部电路中，控制程序，用户不能修改，PC机内部工作状态可通过“编程器”的显示进行监测。PC机的输出继电器接点与外部继电器组成继电器控制电路，可根据电气原理图判断电路工作是否正常。 变频调速控制 本机主传动电机采用变频调速三机异步电动机，并通过变频器进行无级调速。主电机是通过变频器控制外设的电位器进行调速的，电位器装在C-2调速单元内，并由一一个伺服电机驱动，通过按钮板上的“+”、“-”按钮和PC程序控制伺服电机来达到增减速的目的。如图一所示。(a、b、c) 图a为主变频器原理图，b为运行控制图(主电机)，c为PC输出图。 特别是近年来我国的电力发展很快，随着电力半导体器件的发展，变频器的也非常快，尤其是电力电子器件的自关断化、模块化，交流电路开关的高频化及控制手段的数字化，促进了变频器的小型化，多功能化、高性能化。特别是控制手段的数字化，利用了微机的强大信息处理能力，使软件功能不断强化，使得变频器的灵活性，适应性，稳定性不断提高和增强。随着网络时代的到来，变频器的网络功能和通信功能不断增强，它不仅可以与设备网的现场总线直接相连，同时还可以与设备信息网交换实时数据。 目前国内变频器市场竞争非常激烈，如国内外的厂商有日本三菱、日本富士、德国西门子、美国A-B公司和瑞典ABB公司等。特别是各厂商所提供的各种基本功能设定，它所提供的通用接口和独立的功能模块，使用户可以任意选配和组合。因为变频器内部的可控制的参数和检测的变量就有上百个，因此要想选用好和使用好，特别是使变频器工作在最佳状态，发挥最佳效能并不是一件很容易的事，因此需要对变频器的基本结构和调速原理应有更深的了解。 一 变频器的基本构成 1、变频器的主要任务是将把恒压，恒频的交流电转换成为变压，变频的交流电，来满足交流异步电动机的变频调速之目的。 2、变频器从结构上分 (1)交—交变频器，交—交变频器通常多用于大功率500KW～1000KW以上。拖动电机属于普通电机，价格也比较便宜。总的特点是输出到电动机的电流近似三相正弦电流，附加损耗小，转矩脉动量小，转速较低(它是由三组可逆整流器组成，当三组移相信号是一组频率和幅值均可调的三相正弦信号时，则变频器输出三相交流电)。 (2)交—直—交变频器，主要用于中小功率，转速比较高，负载比较平稳的场合，它是将恒压，恒频的交流电通过整流电路变换成直流电，然后再经过逆变器将直流电变换成可调压，调频的交流电，这种变频器虽然多了一个中间直流环节，但输出的交流电的频率可以高于电网的频率。 二 变频器的基本调速原理： 改变电源电压的频率可以调节电动机的同步转速，从而实现电动机的平滑调速，如电源电压U1、频率f和电磁转矩Tem或电磁功率Pem的变化满足下列关系式 我们假设磁路为线性时，异步电动机的效率、功率因数，最大转矩倍数和绝对转差（ns—n）几乎不变，因此要求恒转矩（Tem＝常值）调速运行必须满足电源电压和频率成比例的变化，即 U1/f＝常值。这时气隙主磁通和磁路各部分磁密基本不变，电动机的性能才不会改变，如果要求恒功率（Pem＝常值）调速运行或必须使 这时如果降低频率调速则主磁通及各部分磁密将增加，因而电路机的磁路实际上是不可能而线性的，所以在低速运行时电动机的励磁电流是增加的，因此功率因数和效率是下降的。因此常用变频器调速系统在额定转速以下为恒转矩调速，在额定转速以上为恒功率。 三 变频器的基本技术数据： 1．输入数据 ⑴输入电压：3相 380V 50HZ ⑵额定频率：50HZ （出口 60HZ） 2. 输出数据： ⑴额定输出电压，因而输出电压是随频率的变化而变化的。因此输出电压总是输入电压相等的。 ⑵额定输出电流，允许长时间通过的最大电流是选择变频器容量的主要依据。 ⑶额定输出功率（容量），是由输出电压和输出电流的乘积而决定的。即Sn= UnIn.额定输出容量KVA、Sn，Un额定电压V，In额定电流A ⑷配用电机容量，我们是指不变负载下能够配用最大电机容量与额定输出容量之间的关系如下：Pn=SnnncosφM Pn—电动机容量KW nn—电动机额定效率 cosφn—电动机的额定功率因数 ⑸输出频率范围：即输出频率调节的最大调节范围，一般用输出最大频率和最小频率来表示。在我们使用过的三菱生产的FR—540频率为0.2～400 台达生产的VFD—B频率为0.1～400 安川生产的CIMR—G7A为0.01～400 四 如何衡量变频器的性能的好坏，有以下几点： 1.转速的控制的方法：频率上升和下降的最快时间，一般静差下的最低转速即调速范围。 2.多段速度的选择，载波频率的设定、数字的设定，速度反馈和定时控制，人机界面等功能。 3.变频器的PID功能的设定和怎样预置和调节PID等参数，PID功能生效后，有哪些功能将发生变化？ 4.生产厂家提供的网络通信接口，可编程序控制器接口，各种安全保护措施和远程故障诊断及显示功能，这些功能在八十年代到九十年代初还不具此项功能，到九十年代中期才逐渐发展起来的。 五 目前变频器在印刷系统中的应用： 近年来由于通讯技术、微电子技术和计算机技术的飞速发展，使得工业控制网络更加广泛地应用到生产实践中。工业控制系统由原来的单一，独立的控制系统发展到复杂集成的工业控制网，从模拟控制到数字控制，从DDS到PLC，从集散控制DCS到现场总线，特别是现场总线技术的发展，以其灵活的控制方式，信息共享和低成本等特点，被广泛用于复杂的控制系统中，构成了多层次的开放的自动化系统结构。 目前变频器的功能也不走单一的调速装置了，也在飞速发展着，到八十年代末九十年代初北京人民机器总厂所属单位所生产的平版纸胶印机，表格印刷机，柔性版印刷机，卷筒纸印刷机和印后装置等都采用了变频器调速装置。而且在印刷机上的给水量和风量控制上也都采用了变频器跟踪主机速度进行给水量和给风量的自动控制，同时在不影响跟踪给水量和风量控制的同时还能用手动进行微量调整，这就使印刷质量得到了进一步的提高保证。如图二所示 ，图二是双色胶印机上下给水辊走输入数据，编入程序通过D/A转换模块和主机速度自动跟踪进行自动给水量大小来控制的。它是采用四组D/A转换模块来完成的，我们只举一组给水控制。我们都知道D/A转换模块能将数学量转换成相应的模拟量。数学量一般是在时间的数值上都走离散的，而模拟量则走连续的。它的主要技术指标有以下几项： 1.分辨率：是指最小输出电压（对应的输入数字量只有最低有效位为“1”）与最大输出电压（对应的输入数学量所有有效位全为“1”）之比叫做分辨率。 2.转换精度：它表示最大的转换误差。总的转换误差包括非线性误差，比例系数误差和飘移误差等分量。 3.转换速度：它表示输出的电压的建立时间，即从送入数字信号起，到输出电压达到稳态值所需要的时间。 4.D/A转换模块种类很多，详细请参考有关资料。 随着变频器的飞速发展，如高性能，高精度，多功能的具备无速度传无器矢量控制功能，可实现无传无器应用的场合高转矩，高精度的控制的新一代变频器的产出，今后在印刷系统中应用会越来越广泛。