替代力矩電機方案

一、系統介紹

現在的線材加工設備大多需要對加工完成的成品進行工字輪收線。過去常采用力矩電機驅動工字輪收線，材料經過前級處理后需要按照一定的張力要求收緊在工字輪上，通過力矩電機驅動收卷工字輪，通過力矩電機控制器設定收卷張力，驅動力矩電機保持設定張力；收卷部分沒有安裝反饋當前張力大小的信號的檢測裝置。但該方式能耗大，力矩電機和控制器維護成本高。

藍海華騰充分發揮產品自身優勢，率先在國產變頻器中提出并推廣了無速度編碼器反饋的開環轉矩方案，拆除力矩電機及其控制器，安裝普通異步電機；采用藍海華騰張力控制專用變頻器驅動異步電機；可通過模擬量或數字方式進行張力設定。該方案無需安裝用于反饋電機速度的編碼器信號，也無需任何張力架、張力傳感器等反饋信號；產品采用先進的轉矩控制算法，通過對電機工作電流的辨識和解耦，以及機內對卷徑的自動計算，實現了對異步電動機的精確轉矩控制以獲得優于力矩電機的線材卷繞的恒張力控制性能。

圖1

二、工藝介紹：

同步收線。在設備工作過程中，由于啟動運行或前級處理線材的線速度給定可能隨時會調整變化，所以要求后級收卷一定要時刻跟隨前級當前的運行速度。若后級跟隨慢了，會造成工字輪上的絲線松散甚至亂線，若后級跟隨快了，可能造成成品局部的牽伸變形甚至拉斷線。所以要求電機運行時力矩控制穩定且響應迅速。

空卷滿卷啟動或停車。在實際工作中，無論當前工字輪上線材纏繞的多少，也就是說無論卷徑的大小，都會可能有啟動或者停機的要求；特別是滿卷時，當前的工字輪最重，慣性也最大，加之考慮到摩擦力，系統慣量等因素和空卷時差別很大。所以要求，電機的可以輸出的啟動轉矩要大且穩定，并且隨著卷徑的變化應補償該變化引起的實際需求轉矩的變化，快速停機時制動轉矩大而且輸出穩定保證同步性能好。

全速度范圍內的運行。由于機械設計時需要兼顧低速和高速時的拉伸力矩，所以轉動比一旦確定下來，收卷電機可能會工作在很低的轉速下（比如1Hz），也可能會工作在很高的速度下，甚至電機會在恒功率區工作。所以要求無論負載大小，電機的速度波動要小，低速或弱磁區工作時轉矩輸出大且穩定。

排線。通常成品線材是層繞在工字輪上的，在工字輪的橫軸上，線材應該一圈一圈平行緊密地從橫軸的一段到另一段排列在一起，實現一層；再逐層地加厚最后實現一卷成品。這就要求有一個排線裝置來完成線材在橫軸上端到下端往復的排列成品線材。根據機械設計的要求，排線的實現有很多種方案，比如機械，變頻，或伺服等。

急停。當設備運行過程中，若出現緊急情況，要求整個設備盡可能快地停下來。這時候拉伸和收卷電機處于快減速的狀態，要求停機過程結束后絲線不會被拉斷，這樣才可以保證下次可以順利啟動。

三、藍海華騰產品的特點

收卷采用轉矩開環控制，無需外加速度反饋的編碼器信號，節約成本且徹底免除外界干擾，保證工作時不會因為反饋受到干擾停機，斷線，速度波動。收卷轉矩控制精度高，可準確提供用戶需要的張力并且對張力給定響應快，保證加工的材料粗細均勻。收卷部分啟動停機平滑，尤其是低速下張力控制穩定，收卷的線材不會被拉細或者拉斷。

轉矩輸出能力強，在全速度范圍內可持續提供額定或者最高至2.0倍額定的轉矩，對收卷盤徑適應能力強。采用先進的轉矩電流識別算法，可以根據當前的盤徑大小，自動補償轉動慣量，滑動時的摩擦力，采用智能收卷卷徑識別，識別精度高，抗繞動能力強，從而從根本上保證了線材加工時提供前后一致的張力控制特性。

張力控制精確，特別是能夠在加減速動態運行中提供持續恒定的張力；

完全替代原有的力矩控制儀加上力矩電機方案，采用變頻器和普通異步電機方案時，原有的操作習慣不變。

節能效果明顯且使用可靠，完美的轉矩電流控制技術，無額外的熱能耗；

原來的力矩電機發熱帶來低效以及易壞，現在的變頻器方案可以保證精確的力矩輸出，無額外的熱能耗，延長了整個系統的使用壽命。

無需外加編碼器速度反饋，節約成本且徹底免除干擾帶來的停機和速度波動；

四、總體方案概述

收卷部分選型：V6−H−4T**(不支持卷徑計算)

V6−T−4T**(支持卷徑計算)

采用矢量控制模式下（P0.03=4）的轉矩控制方式（Pd.00=1）。

為了保證在力矩電機收線改造過程后工作正常，需要重新將電機軸側負載完全脫開后旋轉自整定；建議用戶在替換力矩電機改造時，電機的極數應和原力矩電機極數保持一致，以避免改造后的異步電機運行速度過高。
若只做線上的恒轉矩控制時，通過模擬量給定目標轉矩即可實現；若考慮到隨著工字輪上的收卷卷徑不斷變化而線上的轉矩給定自動變化，還需要做線上恒張力控制，需要送入前級運行的當前線速度，變頻器機內可自動計算當前卷徑，這樣模擬量可直接給定目標張力。