一、 前言
自70年代初开始，由于交流电力传动技术及其控制理论的发展和提高，功率半导体器件(CTO，GRO等)技术的发展日趋完善，以及微电子技术和微处理器在电力拖动技术中的日益广泛应用，使具有结构简单，维护保养方便，价格低廉的交流鼠笼式感应电机得以在很多地方发挥它的效用。众所周知，直流电机以其转矩特性硬、调速范围广、过载能力强而著称，但因电机结构所限，电机日常维护保养工作量大。刷架、整流子间电火花也使电机使用场合受限制，且一次性投资大。而由现代变频器和交流电机组成的交流传动系统，除具有上述直流控制特性，还在于投资较直流电机小，并可以做到零维护，使用寿命长。
二、 变频收卷的系统概述
1. 系统框图
2、张力控制的变频收卷
卷取设备是整条酸洗线的主要设备之一，要求控制系统过载能力强、控制精度高、动态响应快，能随时响应主速度变化率，从而达到卷取过程中张力控制的稳定性。在整个收卷的过程中都要保持恒定的张力。
1.卷径的计算
根据V1=V2来计算收卷的卷径。因为线速度、角速度、和半径的关系是V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx，并且在相同的时间内由三辊张力的2#辊走过的钢带的长度与收卷收到的钢带的长度是相等的，即L1/Δt=L2/Δt，所以有：
i1*Δn1*Z1=i2*Δn2*Z2
又因为Z= π*D，所以上式可以转换为：
Δn1*π*D1/i1=Δn2*π*D2/i2
又因为Δn2=ΔP2/P2，Δn1=ΔP1/P1，所以
D2=D1*i2*P2*ΔP1/i1*P1*ΔP2
在这里选用的是同一个线速的编码器且减数比和2#辊的半径是固定的，化减得：
D2=KΔP1/ΔP2 (K= D1*i2/i1是一个常数)
Δn1---单位时间2#辊电机运行的圈数 Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数
ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数 P2---收卷编码器的线数
ΔP1—2#辊码器产生的脉冲数 P1---2#辊编码器的线数
Z1---2#辊的周长 Z2---收卷盘头的周长
i1，i2---减速比 D1---2#辊的直径
D2---收卷的直径
2.速度给定
1)点动速度的给定
卷取机在建张以后点动速度是根据卷径的要求来变化的，即
2)联动速度给定
3.张力的控制
该系统选择的是如图1所示的控制方式来对卷取机的张力控制的，它通过限制电机的电流来控制卷取机电机的输出转矩来完成的。这种方式采取的间接张力控制的方式，在这种模式下无需张力检测反馈装置，就可以获得较为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。
图1、参数设定
卷取段的张力是在卷取机和三辊张力辊的2#辊之间建立的，通过控制卷取电机的转矩限幅来达到对电机的输出转矩的控制，从而保证卷取段的张力恒定。在速度调节器饱和以后速度环相当于开环，这时电流环起主要作用，当电机的转矩被计算出来后，用来控制变频器的电流环，这样就可以控制电机的输出转矩。电机的转矩限幅值的确定是通过计算卷曲的半径,半径乘以设定的张力(T=(F×D)/(2×i)),就等于转矩的值。
图2 系统控制原理图
为了保证收卷过程的平稳性,不论是大卷、小卷、加速、减速、停车、起动都能保证张力的恒定这就需要进行转矩的补偿。而且整个系统在起动时要克服静摩擦力所产生的转矩(这里简称静摩擦转矩),静摩擦转矩只在启动的瞬间起作用;在正常运行时也要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩,滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在,并且在低速、高速时的大小是不一样的这都需要进行不同大小的补偿。系统在加速、减速、停车时都要克服系统的惯量,也要进行相应的转矩补偿。具体见(图2)所示。
三、 结论
用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。该系统应用于我厂的拖拉式酸洗线，在运行一年来都比较稳定。值得注意的是该控制方式比较适合与于对张力控制要求不是很高的情况下。
参考文献：
1、 GT3000变频器用户说明书
2、彭鸿才《电机原理及拖动》，机械工业出版社 1994.7
