英威腾矢量变频器在分切机上的应用
2010/1/8 11:04:00
1，引言
近几年我国的造纸业及印刷包装行业取得了飞速的发展，面临着前所未有的巨大机遇，但相对于世界先进的设备，也面临着巨大的挑战。生产设备的生产能力非常强大，但我们的产品基本处于中低端市场。主要原因是技术条件的限制。
2、分切机变频改造必要性分析
2.1分切机简介
分切机是一种将宽幅纸张或薄膜分切成多条窄幅材料的机械设备，常用于造纸机械及印刷包装机械。
分切机的传统控制方案是利用一台大电机来驱动收放卷的轴，在收放卷轴上加有磁粉离合器，通过调节磁粉离合器的电流来控制其所产生的阻力，来控制材料表面的张力。
磁粉离合器及制动器是一种特殊的自动化执行元件，它是通过填充于工作间隙的磁粉传递扭矩，改变励磁电流从而改变磁粉的磁性状态，进而调节传递的扭矩。可用于从零开始到同步速度的无级调速，适用于高速段微调及中小功率的调速系统。还用于通过调节电流的方法调节转矩以保证卷绕过程中张力保持恒定的开卷或复卷张力控制系统。
2.2 原系统存在的主要缺点
目前为止，大量的分切机上仍旧使用磁粉制动器来进行收放卷张力控制，限制了设备的运行速度。因为高速运行时易造成磁粉高速磨擦，产生高温，造成磁粉离合器发热而缩短其使用寿命。同时也浪费了能源，而且由于磁粉本身使用寿命的原因，造成了故障率较高的情况。
3、英威腾矢量变频器在分切机上的应用方案
3.1 变频控制方案设计
主驱动压辊使用英威腾CHE开环矢量变频器，控制分切机的运行速度。系统主速度可以用电位器来调整。AO1口输出运行转速，作为收、放卷变频器的线速度给定。
收、放卷变频器使用英威腾CHV张力专用变频器，张力控制采用无张力反馈转矩模式，变频器需工作在有PG矢量控制方式（即速度闭环矢量控制）。
CHV变频器配备张力卡构成张力专用变频器，可以实现恒张力控制。变频器经过内部计算，获得材料的卷径，通过控制变频器的输出转矩来获得恒定的张力。CHV变频器还可通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿等来补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加速过程中速度不均匀的情况，从而获得非常平稳的张力控制效果。而且恒张力控制基本不受速度的影响，可以实现高速分切。
转矩计算方程为：T=(F×D)/(2×i)
其中：T 变频器输出转矩指令
F 张力设定指令
D 卷筒转径
i 机械传动比
卷筒转径采用线速度计算法，计算方程为：D=(i×N×V)/(π×f)
其中：i 机械传动比
N 电机极对数
V 线速度
f 当前匹配频率
3.2 变频系统控制框图(图2)
3.3 系统说明
放卷控制中变频器实际上只是提供一个反向的拉紧力，所以其控制精度要求不高。
收卷变频器工作在转矩控制模式，在加减速过程中，需要提供额外的转矩用于克服系统的转动惯量。如果不加补偿，则会出现收卷过程中张力偏小、减速过程中张力偏大的现象。如果起动时张力变小，则增加系统惯量补偿系数。摩擦补偿主要是克服在整个运行过程中由于系统存在的摩擦力对张力的影响，可通过调节摩擦补偿系数来完成。正常运行时材料张力若小于设定张力，则将摩擦补偿系数增大。另外需要补偿的是卷轴上材料所产生的转动惯量，通过设定材料的密度及宽度，变频器可计算出当前材料的转动惯量。设定合适的张力锥度，可以控制材料的卷曲质量，避免外紧内松的情况发生，保证收卷后各层形状均匀。
卷径采用线速计算法获得，而卷径又是计算输出转矩的直接因素，因此正确设定最大线速度非常关键。
3.4 变频器主要参数设置
主驱动变频器（CHE）：
P0.00：0（无PG矢量控制）
P0.01：1（端子指令通道）
P0.03： 1（AI1输入）
P6.02: 2（运行转速输出）
放卷变频器（CHV）：
P0.00: 1（有PG矢量控制）
P0.03: 1（AI1输入）
PF.00： 1（无张力反馈转矩控制模式）
PF.01： 1（放卷模式）
PF.11： 机械传动比按实际情况输入，此值为电机轴转速/放卷轴转速
PF.05： 2（张力设定源AI2输入）
PF.04： 最大张力根据实际情况设置
PF.13： 0（原始卷曲直径由PF.14～PF.17设定）
PF.14: 卷轴直径按实际情况输入
PF.18: 0(卷径计算方法选择线速度计算法)
PF.22: 最大线速度按实际情况输入
PF.23: 1（线速度输入源AI1）
PF.33: 机械惯量补偿系数根据实际值输入（百分比相对电机额定转矩）
收卷变频器（CHV）：
P0.00: 1（有PG矢量控制）
P0.03: 1（AI1输入）
PF.00： 1（无张力反馈转矩控制模式）
PF.01： 0（收卷模式）
PF.11： 机械传动比按实际情况输入，此值为电机轴转速/收卷轴转速
PF.05： 2（张力设定源AI2输入）
PF.04： 最大张力根据实际情况设置
PF.09: 0（张力锥度系数由PF.10设定）
PF.10: 张力锥度系数按实际情况设定
PF.13： 0（原始卷曲直径由PF.14～PF.17设定）
PF.14: 卷轴直径按实际情况输入
PF.18: 0(卷径计算方法选择线速度计算法)
PF.22: 最大线速度按实际情况输入
PF.23: 1（线速度输入源AI1）
PF.33: 机械惯量补偿系数根据实际值输入（百分比相对电机额定转矩）
4、结束语
用变频器来控制分切机的收放卷控制克服了磁粉固有的弱点，使得高速分切的控制成为了现实，同时大大提高了设备的可靠性，而成本并没有过多的增加，所以越来越多的客户开始采用变频器来实现分切机控制。
用英威腾CHV矢量变频器对分切机进行变频改造，系统可以进行恒张力控制，而且极大地提高了分切机的运行速度。同时与编码器相连，采用闭环控制，保证分切机的控制精度。
近几年我国的造纸业及印刷包装行业取得了飞速的发展，面临着前所未有的巨大机遇，但相对于世界先进的设备，也面临着巨大的挑战。生产设备的生产能力非常强大，但我们的产品基本处于中低端市场。主要原因是技术条件的限制。
2、分切机变频改造必要性分析
2.1分切机简介
分切机是一种将宽幅纸张或薄膜分切成多条窄幅材料的机械设备，常用于造纸机械及印刷包装机械。
分切机的传统控制方案是利用一台大电机来驱动收放卷的轴，在收放卷轴上加有磁粉离合器，通过调节磁粉离合器的电流来控制其所产生的阻力，来控制材料表面的张力。
磁粉离合器及制动器是一种特殊的自动化执行元件，它是通过填充于工作间隙的磁粉传递扭矩，改变励磁电流从而改变磁粉的磁性状态，进而调节传递的扭矩。可用于从零开始到同步速度的无级调速，适用于高速段微调及中小功率的调速系统。还用于通过调节电流的方法调节转矩以保证卷绕过程中张力保持恒定的开卷或复卷张力控制系统。
2.2 原系统存在的主要缺点
目前为止，大量的分切机上仍旧使用磁粉制动器来进行收放卷张力控制，限制了设备的运行速度。因为高速运行时易造成磁粉高速磨擦，产生高温，造成磁粉离合器发热而缩短其使用寿命。同时也浪费了能源，而且由于磁粉本身使用寿命的原因，造成了故障率较高的情况。
3、英威腾矢量变频器在分切机上的应用方案
3.1 变频控制方案设计
主驱动压辊使用英威腾CHE开环矢量变频器，控制分切机的运行速度。系统主速度可以用电位器来调整。AO1口输出运行转速，作为收、放卷变频器的线速度给定。
收、放卷变频器使用英威腾CHV张力专用变频器，张力控制采用无张力反馈转矩模式，变频器需工作在有PG矢量控制方式（即速度闭环矢量控制）。
CHV变频器配备张力卡构成张力专用变频器，可以实现恒张力控制。变频器经过内部计算，获得材料的卷径，通过控制变频器的输出转矩来获得恒定的张力。CHV变频器还可通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿等来补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加速过程中速度不均匀的情况，从而获得非常平稳的张力控制效果。而且恒张力控制基本不受速度的影响，可以实现高速分切。
转矩计算方程为：T=(F×D)/(2×i)
其中：T 变频器输出转矩指令
F 张力设定指令
D 卷筒转径
i 机械传动比
卷筒转径采用线速度计算法，计算方程为：D=(i×N×V)/(π×f)
其中：i 机械传动比
N 电机极对数
V 线速度
f 当前匹配频率
3.2 变频系统控制框图(图2)
3.3 系统说明
放卷控制中变频器实际上只是提供一个反向的拉紧力，所以其控制精度要求不高。
收卷变频器工作在转矩控制模式，在加减速过程中，需要提供额外的转矩用于克服系统的转动惯量。如果不加补偿，则会出现收卷过程中张力偏小、减速过程中张力偏大的现象。如果起动时张力变小，则增加系统惯量补偿系数。摩擦补偿主要是克服在整个运行过程中由于系统存在的摩擦力对张力的影响，可通过调节摩擦补偿系数来完成。正常运行时材料张力若小于设定张力，则将摩擦补偿系数增大。另外需要补偿的是卷轴上材料所产生的转动惯量，通过设定材料的密度及宽度，变频器可计算出当前材料的转动惯量。设定合适的张力锥度，可以控制材料的卷曲质量，避免外紧内松的情况发生，保证收卷后各层形状均匀。
卷径采用线速计算法获得，而卷径又是计算输出转矩的直接因素，因此正确设定最大线速度非常关键。
3.4 变频器主要参数设置
主驱动变频器（CHE）：
P0.00：0（无PG矢量控制）
P0.01：1（端子指令通道）
P0.03： 1（AI1输入）
P6.02: 2（运行转速输出）
放卷变频器（CHV）：
P0.00: 1（有PG矢量控制）
P0.03: 1（AI1输入）
PF.00： 1（无张力反馈转矩控制模式）
PF.01： 1（放卷模式）
PF.11： 机械传动比按实际情况输入，此值为电机轴转速/放卷轴转速
PF.05： 2（张力设定源AI2输入）
PF.04： 最大张力根据实际情况设置
PF.13： 0（原始卷曲直径由PF.14～PF.17设定）
PF.14: 卷轴直径按实际情况输入
PF.18: 0(卷径计算方法选择线速度计算法)
PF.22: 最大线速度按实际情况输入
PF.23: 1（线速度输入源AI1）
PF.33: 机械惯量补偿系数根据实际值输入（百分比相对电机额定转矩）
收卷变频器（CHV）：
P0.00: 1（有PG矢量控制）
P0.03: 1（AI1输入）
PF.00： 1（无张力反馈转矩控制模式）
PF.01： 0（收卷模式）
PF.11： 机械传动比按实际情况输入，此值为电机轴转速/收卷轴转速
PF.05： 2（张力设定源AI2输入）
PF.04： 最大张力根据实际情况设置
PF.09: 0（张力锥度系数由PF.10设定）
PF.10: 张力锥度系数按实际情况设定
PF.13： 0（原始卷曲直径由PF.14～PF.17设定）
PF.14: 卷轴直径按实际情况输入
PF.18: 0(卷径计算方法选择线速度计算法)
PF.22: 最大线速度按实际情况输入
PF.23: 1（线速度输入源AI1）
PF.33: 机械惯量补偿系数根据实际值输入（百分比相对电机额定转矩）
4、结束语
用变频器来控制分切机的收放卷控制克服了磁粉固有的弱点，使得高速分切的控制成为了现实，同时大大提高了设备的可靠性，而成本并没有过多的增加，所以越来越多的客户开始采用变频器来实现分切机控制。
用英威腾CHV矢量变频器对分切机进行变频改造，系统可以进行恒张力控制，而且极大地提高了分切机的运行速度。同时与编码器相连，采用闭环控制，保证分切机的控制精度。
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