纸机变频传动的控制原理

纸机变频传动的控制原理

概述：

早些时候纸机的传动技术比较落后，普遍采用滑差调速电机进行分部传动的控制，后来改进使用纵轴传动技术。随着科技的发展，造纸设备向大型化，现代化方向的发展，原有的传动技术满足不了高速纸机的发展要求，于是产生了直流调速控制系统和交流变频系统，由于交流变频系统具有：安装方便，控制精度高等优点，而得到广泛的应用。

关健词：滑差，开环控制，闭环控制，速度链

变频器是一个比较复杂的装置，不同的变频器产品其控制思想是不同的，但其主回路的原理都是一样的，实现变频的过程是“交流→直流→交流”，首先工频电源380V接进变频器，通过变频器内部的三相整流装置将三相交流电变成直流电源，再通过逆变装置将直流变成交流电输出，其中频率的调节是在“直流→交流”的过程中实现的。

变频器产生的频率是来控制电机定子的磁场旋转，而转子的速度在正常的情况下，不会同旋转磁场的速度同步，转子的转速要慢于同步旋转磁场的速度，这样就会在转子上产生磁力切割线，带动转子一同旋转，由于同步磁场转速与转子旋转速度不相等，即存在一个滑差S=（n S-n）/n S，这里n S为同步磁场转速，n为转子旋转的速度。正常工作时，电机的滑差大小是不变的，当负载出现波动时，这时电机的转差率首先发生变化，负载的变化会导致电机转矩相应的变化。这种情况对做克重大的纸板的纸机传动影响不大，可对薄页纸机传动有着一定的影响，要引起断纸，这种控制实际上是变频的开环控制。

下面我们继续探讨一下当外界负载长时间增大或减小时，减小对纸机车速的影响。

假设外界负载突然增加，且持续时间较长，这样电机原来的平衡工作状态被打破，这时电机滑差增大，而转矩上升，达到新的平衡工

作点而停止，但这时转子的速度将变慢，由于转子速度慢，相应的传动侧负载线速度变化，这种速度的变化在高速纸机传动中是绝对不允许的，也是很容易断纸的，所以我们经常采用编码器，实现闭环速度补偿。其原理如下：

F c：为命令频率

F f：为编码器反馈转子的速度，在变频器内转化的频率

F d：为变频器经编码器闭环调节后的输出频率

P Ioutput：闭环调整输出

假设一台变频器的命令频率为30HZ，而编码器反馈频率为29.5HZ，则：Fc-F f=30-29.5=0.5HZ，经过PI调整环调整后，P Ioutput =0.4HZ，则此时变频器的输出频率为F d=Fc+ P Ioutput =30.4HZ。由此可见，在转差率保持不变的情况下，同步磁场速度增加时，转子的速度也随之增加。假设当前编码器的频率经过PI环调节后，编码器反馈频率为29.8HZ，可见经过编码器调节作用，编码器反馈频率约等到于命令频率。当我们给电机一定频率时，不是让转子按相应的频率运转，而是让定子同步磁场按命令频率的速度运行。可我们最终是控制转子的速度，可见编码器的作用，使命令频率同编码器的频率共同起来，另一方面，当转子速度因外界原因发生长期变快时，这时转差下降，编码器反馈增加，这样命令频率同转子的频率之差变小，导致P Ioutput变小，这样定子输入频率减小，导致转子速度下降，变频器就不会产生电压过高现象而跳闸。如果转子速度长期变慢，这时转差率上升，编码器反馈频率降低，命令频率同转子反馈的编码器频率之差变大,引起P Ioutput的增大，这样定子输出频率的增加,导致转子的速度随之增加，而致使电机因电流过大而产生变频器的过电流故障。由此可见，编码器在纸机运行当中对纸机的车速稳定起着举足轻重的作用。

纸机传动是要求纸张所运行轨迹线速度保持一致性的一种变频控制。但纸机生产不同克重的产品，而它的车速又不一样，这就涉及到纸机的速度调整问题，即纸机同步的问题。我们不妨以三菱

PLC(Fx2n)系列、Fx2n-4DA模拟量模块及三菱变频器A540组成的变频调速系统为例加以说明。其原理草图如下所示：

下面我们以此系统为例，使用可编程控制器梯形图程序对纸机的速度链的特性问题加以分析说明；

当X0导通时，利用比较指令D0≤K2000时，D0值加一，当X1导通时，利用比较指令D0≥K0时，D0值减一，再用T0指令，把D1值传送到第一个模块（K0），第一个模拟量通道（K1）输出给相应的变频器。同时要把D1的值转换成浮点，存储到D1寄存器里。

当X2导通时，利用比较指令D3≤K1500时，D3值加一，当X3导通时，利用比较指令D3≥K500时，D3值减一，同时把D3的值用FLT 指令，从整型转换成浮点，存储到D4寄存器里，再用除指令（DEDIV）把D4的值除以K1000，将计算结果存储到D6寄存器里，D6为第二个

分部的微调系数，把D6值利用乘指令（DEMUL）乘以第一台车速D0值转换的浮点数D1存储到D8寄存器（即D8值是第二个分部车速的浮点值）再利用INT（浮点-整型）指令把D8的浮点值转换成整型，存储到D10寄存器里，D10的值就是第二台的车速，把D10的值利用T0指令传送到第一个模块（K0）的第二个模拟量通道（K2）输出给相应的变频器。

当X4导通时，用比较指令D11≤K1500时，D11值加一，当X5导通时，利用比较指令D11≥K500时，D11值减一，同时把D11的值用FLT指令把D11寄存器里的值从整型转换成浮点，存储到D12寄存器里面。再用除（DEDIV）指令，把D12的值除以K1000，把计算结果存储到D14寄存器里面，再把D14的值用乘指令乘以第二台车速的浮点值D8，计算结果存储到D16寄存器里面，D16即为第三个分部的微调系数的浮点值，再用INT（浮点-整型）指令，把D16值从浮点转换成整型，存储到D18寄存器里面，将D18值用T0指令，传送给第一个模块（K0）的第三个通道（K3）输出给相应的变频器。

注意：M8000为PLC内部特殊继电器，只要PLC上电，该触点即闭合。

所以当第一分部升速或降速的时候，第一分部的车速值改变，那么第二分部的车速值也随之发生变化，第三分部的值也跟着变化，如果第二分部升速或降速，，第三分部车速值也随之发生改变，而第一分部车速值就不会改变，这就形成了一个比例链接的关系，在传动系统中通常叫做速度链。