直流傳動(dòng)復(fù)卷機(jī)退紙輥電機(jī)的弱磁控制

李天利

(陜西科技大學(xué)，陜西西安，710021)

雙底輥下引紙復(fù)卷機(jī)是國內(nèi)廠家應(yīng)用較多的一種機(jī)型，示意圖如圖1所示。前后底輥和退紙輥的電機(jī)若為直流電機(jī)則為直流傳動(dòng)，若為交流電機(jī)則為交流傳動(dòng)，雖然交流傳動(dòng)技術(shù)日趨完善，但直流傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn):①調(diào)速性能好、調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。②啟動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速啟動(dòng)、停車。③過載能力強(qiáng)、能承受較頻繁的沖擊負(fù)荷。④線路簡單、控制方便。因此，直流傳動(dòng)仍然是國產(chǎn)復(fù)卷機(jī)采用較多的一種調(diào)速方案。

圖1 復(fù)卷機(jī)示意圖

復(fù)卷機(jī)的任務(wù)是將紙機(jī)生產(chǎn)出來的紙幅縱切成若干個(gè)分開的紙幅，再把這些分開的紙幅復(fù)卷為符合加工要求的成品紙卷，同時(shí)保證質(zhì)量。在復(fù)卷過程中，紙幅張力會(huì)隨著紙卷卷徑和復(fù)卷機(jī)加減速大范圍變化，影響張力控制的穩(wěn)定性。復(fù)卷時(shí)紙幅張力低會(huì)造成成品紙卷打摺;紙幅張力高會(huì)使成品紙卷的殘余應(yīng)力過大，造成爆卷或斷紙。所以，要得到質(zhì)量合格的成品紙卷，要求復(fù)卷機(jī)有良好的紙幅張力控制系統(tǒng)，使紙幅張力控制于設(shè)定值范圍內(nèi)，即恒張力控制。

恒張力控制的實(shí)現(xiàn)主要通過控制退紙輥電機(jī)去實(shí)現(xiàn)。復(fù)卷機(jī)運(yùn)行時(shí)，退紙輥的轉(zhuǎn)速隨著成品紙卷的增大而逐漸增加，可能會(huì)突破額定轉(zhuǎn)速，按照直流電機(jī)調(diào)速控制的理論，在額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速采用改變電樞電壓 (變壓)的方法，在額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速采用降低勵(lì)磁電流以減弱磁通 (弱磁)的方法。電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下長期運(yùn)行，為了避免電機(jī)過熱，則應(yīng)使電機(jī)的電樞電流小于或等于額定電流，變壓調(diào)速時(shí)由于勵(lì)磁磁通不變，允許的電磁轉(zhuǎn)矩不變，所以變壓調(diào)速也稱“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，弱磁調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，勵(lì)磁磁通越弱，允許的電磁轉(zhuǎn)矩不得不減小，但轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積值不變即允許功率不變，所以弱磁調(diào)速也稱“恒功率調(diào)速”。在低速復(fù)卷機(jī)中，用不到弱磁調(diào)速只要變壓調(diào)速即可，速度較高的復(fù)卷機(jī)退紙輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，因此會(huì)同時(shí)用到變壓和弱磁兩種方法。

1 紙幅恒張力控制的思想

紙幅恒張力控制主要通過控制退紙輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)間接張力控制，退紙輥電機(jī)電流可以按照公式［1］(1)控制限幅。公式 (1)是以系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立，因此具有普遍性，可適用于電機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在復(fù)卷機(jī)運(yùn)行過程中退紙輥電機(jī)按公式 (1)控制就可以實(shí)現(xiàn)紙幅的恒張力控制。4

其中:σ—紙張的密度，kg/m3

b—紙幅的寬度，m

R0—退紙輥軸芯半徑，m

R2—后底輥半徑，m

Km—退紙電機(jī)常數(shù)

A1—退紙輥電機(jī)減速比

A2—后底輥電機(jī)減速比

n1—退紙輥電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

n2—后底輥電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

F—紙幅張力，N/m

《教師法》的制定和實(shí)施在社會(huì)上強(qiáng)調(diào)的教師的作用和地位，規(guī)范的教師與學(xué)生之間的關(guān)系，在全社會(huì)形成尊重教師尊重教育的風(fēng)氣。教育是民族振興和社會(huì)進(jìn)步的基礎(chǔ)?！督處煼ā返呢瀼貓?zhí)行重視是重視教育的表現(xiàn)，促進(jìn)了教育事業(yè)的發(fā)展。

J0—軸芯的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2

2 退紙輥電機(jī)的變壓調(diào)速

復(fù)卷機(jī)退紙輥電機(jī)從啟動(dòng)運(yùn)行到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行這一段時(shí)間，一般速度都低于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，因此這個(gè)過程的調(diào)速采用變壓調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，原理圖見圖2所示，其中:TG為測速裝置;TA為電流互感器;為轉(zhuǎn)速給定電壓;Un為轉(zhuǎn)速反饋電壓;為電流給定電壓;Ui為電流反饋電壓。張力控制采用間接張力，所以沒有張力環(huán)。從引紙到運(yùn)行要能平穩(wěn)過渡 (維持張力恒定)，可給退紙輥電機(jī)的速度給定加上一個(gè)負(fù)方向的轉(zhuǎn)速給定(可取額定轉(zhuǎn)速的50%左右)，而使退紙電機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)趨勢 (實(shí)際不可能反轉(zhuǎn))致使紙幅拉平以保持張力恒定;復(fù)卷機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于紙張張力的作用，電機(jī)速度反饋值始終小于速度給定值，速度調(diào)節(jié)器 (一般為PI調(diào)節(jié)器)一直處于飽和狀態(tài)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，因此實(shí)際控制只是電流環(huán)，間接張力控制的補(bǔ)償運(yùn)算用公式 (1)算出作為電流環(huán)的限幅值。在復(fù)卷機(jī)的升降速過程中，轉(zhuǎn)速環(huán)是不飽和的，退紙輥電機(jī)的控制是轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制，為了維持張力的恒定，在退紙輥慣性轉(zhuǎn)矩的作用下，退紙輥電機(jī)的狀態(tài)會(huì)在第一象限和第二象限轉(zhuǎn)換。

圖2 轉(zhuǎn)速電流反饋的退紙輥直流電機(jī)控制原理圖

3 退紙輥電機(jī)的弱磁調(diào)速

3.1 退紙輥電機(jī)的電樞電壓與弱磁的配合控制

復(fù)卷機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于退紙輥直徑越來越小，退紙輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)越來越高，可能會(huì)超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，這時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)入減弱磁通調(diào)速。退紙輥電機(jī)電樞電壓與勵(lì)磁配合控制的特性圖［2］如圖3所示，其中，Ф為電機(jī)勵(lì)磁磁通，Фnom為電機(jī)額定勵(lì)磁磁通;U為電機(jī)電樞電壓，Unom為電機(jī)額定電樞電壓;P為電機(jī)功率;Te為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩;nnom為電機(jī)轉(zhuǎn)速額定值(基速，也是弱磁點(diǎn)轉(zhuǎn)速)。從圖3可以看出，啟動(dòng)時(shí)不宜采用弱磁，應(yīng)在額定磁通下升壓啟動(dòng)，才能得到大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電樞電壓升到額定值以后，才可減弱磁通繼續(xù)升速。

圖3 電樞電壓與勵(lì)磁配合控制特性圖

3.2 退紙輥電機(jī)的弱磁控制

弱磁調(diào)速的原理圖如圖4所示，其中:為轉(zhuǎn)速給定電壓;Un為轉(zhuǎn)速反饋電壓;為電流給定電壓;Ui為電流反饋電壓;*為基速給定電動(dòng)勢電壓，Ue為實(shí)際電動(dòng)勢電壓;為勵(lì)磁電流給定電壓;Uif為實(shí)際勵(lì)磁電流電壓;TAF為勵(lì)磁電流互感器。從圖4可以看出，電樞電壓繼續(xù)采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)也是雙環(huán)控制:電動(dòng)勢環(huán)和勵(lì)磁電流環(huán)，勵(lì)磁電流和電動(dòng)勢調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。實(shí)際電動(dòng)勢Ue與基速給定電動(dòng)勢比較后經(jīng)電動(dòng)勢調(diào)節(jié)器得勵(lì)磁給定信號，再經(jīng)勵(lì)磁電流環(huán)控制勵(lì)磁電流。

退紙輥電機(jī)若在基速 (圖3中nnom，也是電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速)以下時(shí)，實(shí)際電動(dòng)勢Ue小于基速給定電動(dòng)勢后使電動(dòng)勢調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)，相當(dāng)于電動(dòng)勢環(huán)開環(huán)，電動(dòng)勢調(diào)節(jié)器的輸出一直保持在限幅值上，通過勵(lì)磁電

流調(diào)節(jié)器作用，保證額定的勵(lì)磁電流不變。這樣在基速以下就是電流轉(zhuǎn)雙閉環(huán)控制退紙輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3.3 反電動(dòng)勢的獲得

電動(dòng)勢運(yùn)算器AE按照公式 (2)來計(jì)算［3］:

圖4 勵(lì)磁閉環(huán)的退紙輥直流電機(jī)弱磁控制原理圖

式中，E為感應(yīng)電動(dòng)勢;Ra為電樞回路電阻;Ud為電樞電壓;Id為電樞電流;L為電樞回路電感。在實(shí)際應(yīng)用中，退紙輥電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器都采用直流裝置，比如ABBDCS800、西門子6RA70等，這些裝置都可通過現(xiàn)場總線讀取電動(dòng)勢的實(shí)際值。參數(shù)Ra、L可以通過直流裝置的參數(shù)自整定方法獲得。

基速電動(dòng)勢的給定值U*e是根據(jù)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速獲得。

3.4 直流裝置弱磁點(diǎn)的設(shè)置［4］

弱磁點(diǎn)，即圖3中nnom，對恒張力的控制有較大影響，根據(jù)文獻(xiàn)［4］的分析可知:弱磁點(diǎn)nnom應(yīng)該與退紙輥電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速ne相同即:nnom=ne，才能保證恒張力控制的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

直流電機(jī)拖動(dòng)的復(fù)卷機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)一定要在額定磁通下啟動(dòng)以獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，進(jìn)入弱磁調(diào)速階段以后一定要獲得電機(jī)電動(dòng)勢的實(shí)際值和弱磁點(diǎn)時(shí)的電動(dòng)勢的值，通過它們控制退紙輥電機(jī)的勵(lì)磁電流以實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。這種方法雖以退紙輥給出，但是對前后底輥同樣適用。

［1］SUN Biao，MIAO Man-xiang.The Paper Tension Control in the Dynamic Process of the Paper Rewinder［J］.China Pulp ＆ Paper.2008，27(8):52.

孫 標(biāo)，苗滿香.直流復(fù)卷機(jī)動(dòng)態(tài)過程中的張力控制［J］.中國造紙，2008，27(8):52.

［2］RUAN yi CHENG Bo-shi.Electric Drive Automatic Control System［M］.Beijing:Mechanical Industry Publishing House，2010.

阮 毅，陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］SUN Biao，WANG Chang-yi.The Method and Realization of DC Unwind Motor Field Weakening Control［J］.Transactions of China Pulp and Paper.2010，25(1):75.

孫 標(biāo)，王長義.復(fù)卷機(jī)放紙輥直流傳動(dòng)弱磁控制方法及其實(shí)現(xiàn)［J］.中國造紙學(xué)報(bào)，2010，25(1):75.

［4］MENG Yan-jing，QIN Bao-guo，GAO Cheng-yong.Influence of the Setting of DC Equipment Weakening Magnetic Point on Constant Tension Control System［J］.China Pulp ＆ Paper，2004，23(9):41.

孟彥京，秦報(bào)國，高承雍.直流裝置弱磁點(diǎn)的設(shè)置對恒張力控制系統(tǒng)的影響［J］.中國造紙，2004，23(9):41. CPP