变频器替代力矩电机实现开环控制恒张力收卷
收卷变频器恒张力控制调试方法
收卷变频器恒张力控制调试方法收卷变频器恒张力控制调试方法根据上述方法完成变频器闭环矢量的调试工作后，再进行张力调试，张力控制参数设置如表4所示。
表4张力控制参数设置序号参数类型数值说明1FH-001开环转矩控制模式2FH-010收卷控制3FH-03计算值机械传动比4FH-042AI2为张力给定电位器信号5FH-06计算值最大张力6FH-0710%零速张力提升，根据实际情况设置。
7FH-0920%张力锥度FH-100通过线速度计算卷径8FH-11实际值最大卷径9FH-12实际值卷轴直径10FH-130初始卷径源由FH-12～FH-15设定11FH-271线速度输入信号选择AI1，由前一级变频器的AO输出;12FH-28计算值最大线速度13FH-331000机械惯量补偿系数14FH-347800材料密度15FH-351000材料宽度16FH-368%机械摩擦系数补偿6调试说明（1）转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随牵引电动机的速度而自动变化。
（2）根据公式F=T/R（其中F为材料张力，T为收卷轴的扭矩，R为收卷的半径），可看出，如果能根据卷径的变化调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，这就是开环转矩模式控制张力的依据。
（3）MD系列变频器在闭环矢量控制（有速度传感器矢量控制）下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器（变频器要配PG卡）。
（4）在实际使用中张力的设定值应与所用材料、卷曲成型的要求等实际情况相对应，需由使用者设定。
张力锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。
（5）电机的输出转矩在加减速时，有一部分要用来克服收卷辊的转动惯量，变频器中关于惯量补偿部分可以通过适当的参数设置自动地根据加减速速率进行转矩补偿，使系统在加减速过程中仍获得稳定的张力。
摩擦补偿可以克服系统阻力对张力产生的影响。
（6）牵引1电机和牵引3电机长期工作在发电状态，牵引1变频器和牵引3变频器必须加装制动单元和制动电阻来消耗由电机回馈回来的能量，否则变频器直流母线上的电压会超过变频器限定的电压范围而报警停机。
收放系统恒张力研究
收放 系统恒 张 力研 究
鄢 华林 ，周超 ，姜飞龙 ，赵瑞 ，李亚南 ，袁威
（ 江苏科技 大 学机 械 工程 学 院，江 苏镇 江 ２２０ ） １０ ３
摘要 ：以收放系统作为研 究对 象 ，讨论缆绳收放 系统 的储缆绞车和绞盘之间的同步问题 。采用 Ｓ Ｗ 变频器实现对交流 Ｅ 电机速度与力矩 的控制 ，分析采用变频 器实现恒 张力 的工作原理 。针对平 台上升 过程 中电动机发 电的问题 ，提 出负功率 的
２１ ０２年 ９月
机床与液压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ ＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｔ Ｉ
Ｓ ｐ． ０ ２ ｅ ２ １ Ｖｏ．
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ １ ． １ ｓ ８ １２ １。 ７０ ３
ｖ ｒｅ ｓａ ｌｚ ｄ． Ａｓ ｔ ｈ ｏ ｒｐｒ ｂｅ ｄ ｒｎ ｈｅ ｐ ａｆｒ ｒｓｎ ｅｔｒｗａ ｎａｙ ｅ ｏ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｌｍ ｕ ｉ ｇ ｔ ｌｔｏ ｍ ｉｉ ｇ， ｂ ｌｎｃ ｄ ａ ｒ ａ ｈ ｂａ ｅ ｎ ｎｅ ａ ｉｅ ｐ ｗｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ａａ ｅ ｐｐ ｏ ｃ ｓ ｄ ｏ ｇ ｔｖ ｏ ｒｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ． Ｋｅ ｙｗｏｒ ｄｓ： Ｒｅ ｒ ｃａ ｌ ｙ ｔｍ ； Ｉ ｖ ｒｅ ； Ｃｏ ｓａ ｔｔｎｓｏ ｔａ ｔ ｂｅ ｓ ｓｅ ｎ ｅｔ ｒ ｎ ｔｎ ｅ ｉｎ； Ｎｅ ａｉｅ ｐｏ ｒ ｇ ｔｖ ｗｅ
１ 缆绳 － ２ 卷 筒 一 ３ 储 缆 绞 车 电 机 一 ４ ＿排 缆丝 杠 电机 ５ ＿ 缆丝 杠机 构 ．排 ６－导 向 轮 － ７ 绞 盘 ～
当上一层 缆绳嵌入下一层缆绳 的缝隙 中时 ，会使缆绳 之间相互 挤压 ，造成缆绳受损或变形 ，影 响缆绳 的使 用寿命 。在放缆过程 中，嵌入下一层 的缆绳会在拉力 的作用下突然间释放造 成冲击使缆绳断裂 ，这种现象 的发生会 造成设 备的损 坏 ，危及操作人员的安全 。作
力矩电机在收卷放卷结构中的应用
力矩电机在收卷放卷结构中的应用王文亚\李金龙圆(1.山西大同大学，山西大同037000;.北京泰拓精密清洗设备有限公司，北京100000)摘要：目前收放卷结构存在于很多领域中，由于收卷放卷机构中最重要的是对张力的恒定要求，此时力矩电机可以满足 其要求，并对力矩电机的选型与控制以及在新型领域中的应用做详细的介绍。
关键词：收放卷结构；张力恒定；力矩电机；选型；控制中图分类号：TM 3B 36 文献标志码：B文章编号：1002-2333(2017)01-0073-02引言收卷、放卷结构在很多行业中都会使用，如造纸工业 中的收卷机与放卷机。
现在市面上有很多不同尺寸与形 状的纸，其来源就是把造好的纸修剪或者分切成所需要 的长度与宽度，这时会用到放卷与收卷的动作。
纸的印刷 机械中对纸的印刷过程也会出现放卷与收卷；组成电路 板的铜箔，其生产过程中收放卷是其非常重要的环节;冷 带钢卷的成卷过程;纺织机械中的浆纱机、浆染机、涂布 机中对布料的处理都存在收卷的动作;胶带行业中，半成 品与成品都需要卷取动作;清洗行业中，带状产品的清洗 必然也会遇到收放卷的操作。
总的来说，只要设计中存在 对卷状物体的生产与处理就必然会用到收卷与放卷的结构。
1收卷放卷结构的力矩电机1)收卷放卷结构的特性要求。
收卷与放卷虽然动作 简单，由电机带动轴或者辊筒旋转，就可以实现，但是整 个设备对其收放动作是有一定的要求，首先看张力形成 的原因，如图1。
薄膜放卷结构示意图，图中薄膜张力为T ， 放卷的最大直径为D 薄膜放卷前端为一对牵引轮对薄膜进行牵引，牵引轮 前方的速度为V ,， 此速度一般恒定， 而放卷时的线速度 为v 2，l 为牵引轮到 放卷位置的距离，张力是由两者之间的薄膜伸长量AL 产生，在这里假设薄 膜的横截面积为A ，弹性模量为E 。
由胡克定律得T =(AE /L )A L ，AL J 0(V 「V 2)dt 。
所以张力公式为丛乙^^汕。
替代力矩电机收卷应用方案
替代力矩电机收卷应用方案案例机型SINE303系列开环矢量控制变频器磁场定向矢量控制，电机变量完全解耦，电流闭环。
调速精度：0.01HZ调速范围：0.5-600.00HZ冲击负载：180%电机额定转矩，2秒内不跳脱。
低频转矩：0.5Hz，150%额定转矩输出。
150%额定转矩加速和减速。
案例详情工艺要求1.力矩电机有以下特点：具有较软的机械特性,当设定转矩大于负载转矩时，电机自动加速, 当设定转矩小于负载转矩时，电机自动减速,甚至在负载力矩的作用下反转，当设定转矩等于负载转矩时，电机保持转速不变。
2.力矩电机输出转矩由控制器设定，适用于恒张力开卷和卷绕控制，被广泛应用于纺织、电线电缆、金属加工、造纸、橡胶、塑料以及印刷机械等工业领域。
3.普通变频器只能用于交流电机开环调速，电机转矩完全不可控制，不能具有力矩电机的功能。
4.电流型矢量控制变频器，通过复杂准确的矢量控制算法，实现力矩电流闭环控制，能够直接设定控制普通异步电机的输出转矩，完全替代力矩电机的上述功能，甚至效果更好。
力矩电机与交流异步电机薄膜印刷设备力矩收卷系统配置普通三相异步电动机：根据应用中对最大转速和转矩的要求，选定三相异步电机的极数和功率。
变频器：SINE303系列开环矢量控制变频器，电流型矢量控制，内置制动单元，根据电机功率配制动电阻普通异步电机做恒转矩控制，无须编码器速度反馈，可直接对电机张力进行设定和控制，直接替代力矩电机。
方案优点1.无须外加张力检测机构和速度反馈编码器，系统结构简单，性价比高，安装、调试非常方便。
2.力矩电机系统因发热和操作不当容易损坏，采用现有方案对电机保护功能完善，使用和维护方便、系统安全稳定，使用寿命长。
3.转矩控制精度高于力矩电机。
4.可设定为自动锥度转矩控制。
5.具有静态摩擦转矩补偿和大惯量加速转矩补偿功能，收卷控制效果更好，操作更简单、灵活。
采用通用变频器实现线缆设备恒张力控制的方法_周孚宏
ＥＶ１０００ ＦＷＤ
运行信号
ＣＯＭ
线
ＶＲＦ
Ｐ２４ ＋ 脉
速
ＣＯＭ － 冲
度 ＶＣＩ
给 定 ＧＮＤ
Ａ
编 码
Ｘ５ Ｂ 器
ＵＶＷ
卷绕电机 Ｍ１
说明： 将 Ｘ５ 端子定义 成单相测速输入功能
图 ４ 变频器控制回路接线示意图
４．２ 放卷装置恒张力控制系统的实现 由于放卷装置是以摆杆的位置量作为直接的
控制对象， 为了使系统张力恒定， 就需要让摆杆稳 定在某一指定的平衡位置。通常以摆杆动作范围 的中间位置作为调节目标。本装置中的摆杆是以 一端为支点， 另一端在水平位置的－ ９０°～＋９０°之间 摆动， 其中间位置即为水平位置。因此， 我们以摆 杆的水平位置作为控制系统的调节目标， 即系统 的平衡位置。
电机的转速或转矩来实现线缆张力的恒定， 就必须
在线检测或计算收线卷筒的直径， 这样就需要增加
检测设备， 或进行复杂的计算。而进行转矩控制则
需要使用矢量型变频器或改用直流电机， 系统的设
备成本必然会大幅增加， 这显然不可取。所以有必
要寻求更简便、更经济的方案。
３．２ 卷绕装置控制方案的设计
考虑到倒轴机的卷绕装置本身已利用脉冲编
摆杆的平衡位置改变， 因此摆杆的位置能够反映系
统张力 Ｆ 的大小。
从式（ １） 和式（ ２） 可以看到， 对于倒轴机系统而
言， 要保持工作过程中线缆的张力不变， 则必须保
证驱动电机的转速与卷筒直径成反比， 且转矩的变
化与卷筒直径成正比。而在倒轴机工作过程中， 卷
筒直径都一直在变化着， 因此如果要通过直接控制
码器检测出了线缆线速度 ｖ 的实际值， 如果能保持
线缆线速度 ｖ 的恒定， 就相当于间接地实现了线缆
正弦电气SINE303开环矢量控制变频器
正弦电气SINE303开环矢量控制变频器该产品采用美国TI公司最新款高性能32位电机控制专用数据处理器TMS320F2810，高速、准确完成复杂的电机变量完全解耦控制算法，实现磁场定向电流闭环矢量控制。
SINE303系列变频器具有以下特点：*普通异步电机，不用加装速度反馈，组成一个结构简单、低成本的交流调速系统。
*调试和设定简单，对使用者专业技术水平没有特殊要求，能应对恶劣使用环境。
*较好的调速精度和调速范围，抗负载冲击能力强，低速输出转矩大，且运行平稳，响应速度快，能以1.5倍额定转矩加速和减速。
*能直接设定和控制交流异步电机的输出转矩。
*丰富灵活的输入输出接口和控制方式，能和各种外围设备：包括PLC、DCS、工控机和仪表，联动操作。
其技术指标和配置如下：*调速精度：0.01HZ*调速范围：0.50-600.00HZ*冲击负载：180%电机额定转矩，2秒内不跳脱*低频转矩：0.50Hz，150%额定转矩输出*150%额定转矩加速和减速*内置多功能组合数字PID调节器*内置标准485通讯接口*可编程开关量输入端口：7位，输出端口：2位*可编程继电器输出端口：1路，常开/常闭可选*可编程模拟量输入端口：4通道，输出端口：1通道*电压可设定电源：1路*端子控制电源：1路*独立风道、无触点软启动开关、低电感直流母线排，高可靠性设计。
*重载型和风机水泵型机器合二为一。
该产品具有广泛的应用领域，包括低速纸机，扶手电梯，普通电线电缆机械，普通印刷机械，一般纺织和印染设备。
可直接替代交流力矩电机，用于普通恒张力开卷或收卷控制。
可用于工业及民用锅炉的送风机、引风机调速控制风量，城市供暖换热站循环水泵调速控制温度，中央空调循环冷冻水泵、冷却水泵调速控制温度，水泥陶瓷炉窑风机调速和除尘设备节能，自来水厂加压泵管道压力控制，污水处理厂氧化池风机调速供氧量控制，染整设备循环水控制，地铁、大型车间和场馆排气送风控制等。
恒张力控制实现的几种方案
恒张力控制实现的几种方案恒张力控制实现的几种方案在日常工作中，我们经常遇到张力控制问题，张力控制得好坏直接影响着产品的质量，由于张力控制的多样性及复杂性，选用一套合理经济实用的张力控制系统是企业采购设备前所要考虑的首要条件。
下面我列举几中常见的张力方式供大家参考。
一、力矩电机及驱动控制器1、性能：张力控制不稳定，线性不好。
2、经济性：设备简单，价格便宜，可正反转。
3、适用于张力精度要求不高的场合。
如：电线、电缆。
二、磁粉制动器/磁粉离合器张力控制1、经济性：电气省不了钱，机械也费钱，同样需要调速单元（如变频器、直流调速器）及张力控制仪。
2、精度差：线性不够好，控制的卷径变化范围不大。
(特别是在大负荷或高速时张力精度不够)；3、故障率高，维护费用高（经常要更换磁粉），磁粉制动器/磁粉离合器的可靠性差，发热严重功率大的还需水冷等。
4、性能：张力稳定性比力矩电机稍强，张力及速度可调。
适用范围比力矩电机广。
三、舞蹈棍控制器1、性能：张力控制平稳，有张力贮能功能、张力调节麻烦。
2、电气调速单元要求响应快，机械设备较复杂、局限于线材不适合于片材。
如：光纤，光缆。
四、直接张力闭环控制1、性能：张力控制平稳，电气调速单元要求响应快，张力可视，系统容易振荡。
2、电气设备复杂，需要调速单元、张力控制仪及张力传感器，设备初投资大，价格贵。
3、性能价格比不高，不适用于大张力控制场合。
五、全新的间接张力控制系统1、采用ABB全新的间接张力控制系统，不需要磁粉制动器/磁粉离合器，不需要张力控制仪及张力传感器，只需调速器（罐装卷曲软件）直接带动电机就可以实现恒张力控制。
2、内置卷径计算功能，卷径输出可视，具有静态补偿及加速补偿。
3、张力线性可调精度达到1%，速度线性可调精度达到0.1%, 方向可正反转, 卷径可达1.5米，速度可达500米/分，张力0~2000KG 可调。
4、性能：优越的性能价格比，维护方便，调试较复杂，需要专业的调试工具及调试软件。
变频代力矩电机的改造
变频代替力矩电机系统介绍现在的线材加工设备大多需要对加工完成的成品进行工字轮收线。
过去常采用力矩电机驱动工字轮收线，材料经过前级处理后需要按照一定的张力要求收紧在工字轮上，通过力矩电机驱动收卷工字轮，通过力矩电机控制器设定收卷张力，驱动力矩电机保持设定张力；收卷部分没有安装反馈当前张力大小的信号的检测装置。
但该方式能耗大，力矩电机和控制器维护成本高。
蓝海华腾充分发挥产品自身优势，率先在国产变频器中提出并推广了无速度编码器反馈的开环转矩方案，拆除力矩电机及其控制器，安装普通异步电机；采用蓝海华腾张力控制专用变频器驱动异步电机；可通过模拟量或数字方式进行张力设定。
该方案无需安装用于反馈电机速度的编码器信号，也无需任何张力架、张力传感器等反馈信号；产品采用先进的转矩控制算法，通过对电机工作电流的辨识和解耦，以及机内对卷径的自动计算，实现了对异步电动机的精确转矩控制以获得优于力矩电机的线材卷绕的恒张力控制性能。
图1二、工艺介绍：同步收线。
在设备工作过程中，由于启动运行或前级处理线材的线速度给定可能随时会调整变化，所以要求后级收卷一定要时刻跟随前级当前的运行速度。
若后级跟随慢了，会造成工字轮上的丝线松散甚至乱线，若后级跟随快了，可能造成成品局部的牵伸变形甚至拉断线。
所以要求电机运行时力矩控制稳定且响应迅速。
空卷满卷启动或停车。
在实际工作中，无论当前工字轮上线材缠绕的多少，也就是说无论卷径的大小，都会可能有启动或者停机的要求；特别是满卷时，当前的工字轮最重，惯性也最大，加之考虑到摩擦力，系统惯量等因素和空卷时差别很大。
所以要求，电机的可以输出的启动转矩要大且稳定，并且随着卷径的变化应补偿该变化引起的实际需求转矩的变化，快速停机时制动转矩大而且输出稳定保证同步性能好。
全速度范围内的运行。
由于机械设计时需要兼顾低速和高速时的拉伸力矩，所以转动比一旦确定下来，收卷电机可能会工作在很低的转速下（比如1Hz），也可能会工作在很高的速度下，甚至电机会在恒功率区工作。
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变频器替代力矩电机实现开环控制恒张力收卷
一、前言
在轻工行业，收卷设备使用得非常多。
为了保障更好的产品质量和效果，收卷设备一般都要求能保持收卷产品的张力稳定。
目前市面上有各式各样的恒张力控制方案，其中最常见的有下列几种，它们各有优缺点：
(1) 力矩电机加驱动控制器
优点：设备简单，价格便宜，可正反转；
缺点：张力控制不稳定，线性不好。
(2) 磁粉制动器/磁粉离合器张力控制
优点：张力及速度可调，张力稳定性比力矩电机强，适用范围比力矩电机广；
缺点：需要调速单元（如变频器、直流调速器）及张力控制仪，增加成本。
而且磁粉制动器/磁粉离合器的可靠性差，发热严重，功率大的还需水冷等，因此故障率高，维护成本大（经常要更换磁粉）。
(3) 直接张力闭环控制
优点：张力控制平稳，张力可调；
缺点：电气设备复杂，需要调速单元、张力控制仪及张力传感器，且电气调速单元要求响应快，因此设备初期投资大，价格昂贵。
其实，变频器也可以实现转矩模式下的开环恒张力控制，并且接线简单、调试方便、自动张力锥度控制。
全过程张力稳定且成型美观，避免初卷皱褶及卷芯变形。
二、接线图
三、调试步骤
1、卸开电机负载，对电机进行旋转自学习。
功能代码功能名称推荐设定值
F5.01 电机极数依据现场
F5.02 电机额定功率依据现场
F5.03 电机额定频率依据现场
F5.04 电机额定转速依据现场
F5.05 电机额定电压依据现场
F5.06 电机额定电流依据现场
将以上参数输入到变频器，然后将F5.12设置为‘1’，按‘FWD’给变频器学习指令，变频器会自动对电机进行学习，大概需要1分钟左右。
2、将电机与负载轴相连，观察电机方向；如果电机旋转方向与客户需要的方向不一致，将电机线的两相调换相序。
3、将以下参数输入变频器，用电位调力矩大小。
功能代码功能名称推荐设定值
F0.00 控制方式0
F0.01 速度/转矩控制方式 1
F0.02 运行命令通道 1
F0.03 频率给定主通道选择0
F0.14 加速时间1 2
F0.15 减速时间1 2
F2.00 多功能端子X1 1
F7.00 转矩给定源选择1002
四、结束语
该系统投入生产后，使用方便、性能稳定，以良好的性能价格比获得了客户的好评。
事实证明，这种方案简单易行，稳定可靠，适应性强，可以在电工机械、线缆生产设备及相关行业上推广应用。
备注：如何根据力矩电机选择三相异步电动机
有以下公式可以运用：
电机的额定转矩计算公式为：
例如：
力矩电机的额定转矩为5N.M。
三相异步电动机的额定转速为1400转每分钟。
将这两个值代入公式1，可得出：P=0.75KW左右，又根据客户反映，客户需要将力矩电机的给定转矩给满，这时我们认为力矩电机的选型可能刚好够，故我们推荐客户选用1.5KW的三相异步电动机。