交流变频调速技术在货架冷弯设备中的应用下晶闸管

交流变频调速技术在货架冷弯设备中的应用(下)

4变频调速闭环控制技术及原理

4.1要实现货架冷弯成型机组的闭环无级控制，必须根据变频器和异步电机的特性，即：在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或根据不同的品牌和规格的变频器的特性参考资料、冷弯机组加工件的负荷特性、电机的负荷特性等进行适时调整。对于货架冷弯成型机组主电机的变频调速而言，需要对其进行pid控制，需正确选择速度反馈方式和pid的各类参数、加减速时间0～100%的设定、变频器的设定输入值需具有二至多端的输入并能进行基本运算，反馈信号需具有接收模拟信号或脉冲信号的端口等等。基本控制原理如图一所示：

4.2基本控制思想为：1）、根据旋转编码器测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行；其还表现在必须根据具体冷弯产品的成型工艺要求、负荷波动规律等选择相应的速度控制模式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等进行变频器的适时调整，确保主机运行及控制反馈运行过程的平稳，消除不稳定形成的系统超差故障；2）、根据旋转编码器的脉冲测量数反馈当前冷弯机组主电机的位移信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近冷弯产品控制切断长度的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在切断控制处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位，再通过输出控制点发出切断控制信号实现液压停剪；pc控制系统在工作过程中实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进行比较和控制决策，从而达到快速准确定位、提高作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息以实现生产管理系统的全面动态管理；plc上位控制系统的交流变频调速原理类似，其反馈信号同样来自旋转编码器；即反映位置反馈信号，又反映速度反馈信号。通过plc内置的pid控制模块等实施对变频器和异步电机的控制。

5变频器的选型依据及容量的确定

5.1货架冷弯成型设备的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩tl取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力fl与冷弯轧辊半径r的乘积，即tl=fl×r。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力fl的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺水平、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速高低关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性。这类负载转矩和转速的快慢无关，所以在调节转速过程中，负载的阻转矩保持不变。在选择变频调速系统时，除了按常规要求外，还根据机组运行的调速范围、阻力矩tl的特点、对机械特性的要求等进行选择：（1）选择较为简易的ｖ／ｆ控制方式的变频器应用于：开卷机、校平机、压力机等单机运行的变频调速控制与整线速度上的匹配。（2）选择有反馈的矢量变换控制方式应用于冷弯成型机组和在线液压停剪设备系统中，主要是为了实现位置定位和液压停剪功能，目前可实现的位置控制精度可达到±0.1mm以上，精度越高其生产效率会明显下降，甚至产生位置定位震荡，我公司根据货架产品的工艺特点，位置精度控制在±0.5mm左右较合适，货架冷弯机组主动力系统主要采用有反馈的矢量变换控制方式，如图一控制原理。矢量控制通过电动机统一理论和坐标变换理论，把交流电动机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流分量和与之垂直的转矩电流分量，把固定坐标系变换为旋转坐标系解耦后，交流量的控制就变为直流量的控制，这样交流电动机便能等同于直流电动机，从而获得直流电动机一样的控制性能。目前，交流电力拖动已完全可以与直流电力拖动相媲美。

5.2其次对冷弯机组成型功率的计算和确定；根据文献2说明，机组驱动动力常由实际经验推定，可参考部分机组的标准规范和经验设计参数，也常用旋转承受成形反力（荷重）的辊所需要的成形扭矩来求，如：成形扭矩t=p（成形荷重）×l（辊间接触长度），且实测值常高于计算值；其中也给出了电缝管的计算经验公式等。实际上不同的厂家对机组功率设计的标准也不同，机组传动效率上也存在一定的差异（如：链传动与齿轮传动），如我公司的进口生产线，其成型宽度为：226mm，成型角为360度，卷料厚度达到3.0mm，选用卷料设计材质为ss490，机组主功率为37kw，而国产设备冷弯产品成型宽度为：336mm，最大成型角为1080度，常规产品成型角为720度，卷料厚度达到4.0mm，选用卷料设计材质为ss490，机组主功率为132kw，类比可发现其差异较大。

5.3最后为选用变频器的容量，其有很多因数决定，例如电动机容量、电动机额定电流、电动机加减速时间等，其中，最主要的是电动机额定电流。

5.4交流变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三种：

5.5(1) 电机实际功率确定法：首先测定电机的实际功率，以此来选用变频器的容量。

5.6(2) 公式法：设安全系数取1.05，则变频器的容量pb = 1.05pm/hm×cosy (kw)

式中，pm为电机负载；hm为电机功率。计算出pb后，按变频器产品目录可选出具体规格。

5.7(3) 电机额定电流法：变频器容量选定过程，实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程，最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率，但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少，通常都是设备所选能力偏大，而实际需要的能力小，因此按电机的实际功率选择变频器是合理的，或根据具体选用的变频器品牌和性能进行选用。

6 存在的问题和不足

6.1在应用交流变频调速技术的过程中也存在不足之处。主要表现在有的系统在设计方面还存在有相当不合理的地方。比如设计者没有很好地利用变频调速技术的优点，而是极端肤浅地实现系统的调速，货架冷弯设备在实际的生产运行中(4极)电动机长期稳定地运行在20hz。无论是变频器还是电动机的能力都只用了40%左右，这是极不合理的。在后期产品的开发过程中还必须限制新冷弯轧辊的外径设计、整线运行线速度的匹配等因素。

6.2系统设计中针对交流变频调速系统的状态反馈设计重视不够，系统故障诊断设计重视不够，系统选用品牌杂乱造成的备件、维修保养困难重视不够等，包括用户对系统调试参数保存与修改经验上的不足等、对交流变频调速系统的认识不足，相关外围设备参数变化对系统参数的重调试等，如：编码器测量辊的磨损与更换；均极大地影响了交流变频调速系统在货架冷弯生产线上的广泛应用

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