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普传变频器在拉丝机上的应用

2011年4月18日

    前言

    拉丝机是金属线材加工中的重要设备，是电线电缆行业主要加工设备之一，属于冲击性负载特性,要求起动转矩大,低速满转矩输出的特性,同时要求多台高转速精度比例联动控制,驱动装置特性要求较高的负载。主要是将铜线加工成各种规格细线，一般由放线、水冷、收线及排线等部分组成，其中电气传动部分主要由放线电机和收线电机及排线电机实现。，从产品终端来说，拉丝机可以分为大拉机，中拉机，小拉机，微拉机。而从拉丝机内部控制方式和结构来说，可以分为水箱式，滑轮式，直进式等主要的几种。对于不同要求，不同精度规则的产品，不同的金属物料，可选择不同规格的拉丝机械。对电线电缆生产企业，双变频控制的细拉机应用比较广泛，相对而言，其要求的控制性能也较低，而对大部分钢丝生产企业，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多。，随着生产技术的发展电气控制中交流变频技术和PLC程序控制已逐步取代直流传动和力矩电机，确立了主导地位。




    一、变频控制原理及实现

    　　1、拉丝机的主要电气构成

    　　一般拉丝机主要由放线电机与收线电机及排线电机构成驱动部分，随着收线卷径不扩大收线电机的转速应相应的减小，以保证线速度恒定，在控制中常采用张力反馈装置来调节收线电机的速度。随着变频器功能不断增强、性能不断稳定，变频器也被使用于拉丝机，其中利用变频器控制收线电机与放线电机，而排线电机由于功率较小直接由电网电压来控制。不同的拉丝机械，其工作过程基本相同（如下图）：




    　　2、拉丝机对变频的要求

    　　· 要求变频器0.5HZ时高达150%的启动转柜

    　　· 要求能实现多台的比例联动控制，随着负载和电压的变动时能自动调节输出频率实现转速不变。

    　　· 要有RS485通讯功能和PLC，PC机实现通讯控制;

    　　· 采用供直流母线方式控制，节电效果好

    　　3、传统采用V/F控制或空间矢量控制变频器的缺点

    　　· 传统V/F变频器出现低频转矩不够。

    　　· 当负载和电压变动时，会产生转速不稳的效果，一次无法高精度比例联动控制，只有无感矢量控制才能控制电机的滑差。

    　　· 在拉丝机运转的过程中常有电动机与发电机负载特性发生，而在负载为电动时电机的滑差为正，并随负载的变动而变动;反之，当负载为发电机特性时，电机的滑差为负，容易超过同步转速，其负值与发电机特性大小成比例，一次无法盖精度比例联动控制。

    　　4、无感矢量变频器在拉丝机上用的特点

    　　无感矢量变频器产品适用在拉丝机的使用，在多台比例联动使用时可以要求共用直流母线方式控制，节电效果更好。其主要特点如下：

    　　· 采用无感矢量控制技术，具有低速大转矩的特性，0.5HZ高达150%转矩输出的特性。

    　　· 配合超速运转的机械比例设计可以提高1.5倍的启动转矩特性。

    　　· 多台比例联动可以设计成功用直流母线，不必增加制动装置，可以快速停机。

    　　· 转速精度高，具有滑差补偿功能。

    二、改造实例

    　　下面以大连某金属厂拉丝机的改造为例，介绍普传系列变频器中卷绕控制的特长和使用方法。

    　　1、设备装置

    　　线材通讯电缆用铜线

    　　线径伸线前　约Φ5mm 伸线后　约Φ1mm

    　　线速 50Hz运转時…703m/分

    　　卷取线轴内径：Φ280mm 外径：Φ390mm

    　　张力架上下滑动的配重式张力架　扇形同轴电位器输出信号范围 0～10V

    　　张力基准约2kg

    　　变频器拉伸侧…SHF-18.5K-A 卷取侧…SHF-4K-B

    　　制动电阻无…两台变频器直流母线连接

    　　拉丝机无锡某公司制造。

    　　2、基本控制原理：



    图1

    　　放线电机与收线电机分别由两台变频器控制（见图1），放线变频器通过外部电位器转速，收线变频器由放线变频器的模拟AM输出信号、张力平衡反馈信号经信号经PID调节器后控制收线变频器（见图2）。随着收线筒卷径的变化张力平衡杆的反馈信号也随着变化，张力杆反馈信号（由精密变阻器构成）经信号转换电路板转换为0—10V，这个信号与放线变频器模拟AM、AM-输出信号构成PID两路输入信号，经PID调节后控制收线变频器，使丝线保持一定的线速度。




    　　变频器启动后由放线变频器OC输出控制信号启动排线电机，排线电机功较小接通过两个接触器控制其正反运行，使铜线均匀地绕在收线筒上。

    　　3、功能特点

    　　普传系列变频器独有的张力架高速补偿功能在此例中得到充分的体现。

    　　高速张力架补偿，是瞬时补偿启动时和停止时或由于外部原因造成的张力架的大的瞬时変化的功能。此功能是对从张力架的不动作区偏离部分进行PI控制，使它返回不动作区内的功能。与低速张力架补偿相比,用十分快的动作来补偿而进行増益设定。而且在张力架的Up＊Low水平以上时,可以保持补偿量不变。

    　　张力架高速补偿功能使卷绕控制的相应特性大大提高，从而满足用户高速、恒张力的控制要求。

    　　4、调整顺序

    　　① 变频器和控制柜接线

    　　② 2台变频器单独运转，转速表测量牵引轮和收线轮的的线速度（m/分）后联动运转。

    　　——>卷取側变频器增益调整。

    　　③ 张力架基准值确认，各动作区电压值确认和输入。

    　　④ 铜线穿线，低频下基本动作确认后，慢慢高速动作确认。

    　　⑤ 满卷后更换新轴后再起动确认負荷电流确认。

    　　⑥ 途中停止、再起动确认。

    　　——>注意卷取侧MCL开关复位

    　　5、变频器参数设定

    　　根据拉丝机负载特性选用通用恒转矩型G3系列。以POWTRAN 7037G3 及POWTRAN 7011G3型为例，电机功率分别为37KW、11KW，4极。

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