变频器在纸包设备中的应用形式讨论

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  【中图分类号】 F252.82 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879(2017)05-0200-02
  一、概述
  随着电磁线行业的发展,用户对产品要求越来越高,电磁线绝缘层之间相对位置日益引起用户的关注,尤其是ABB、SEMES等用户,对绝缘层中绝缘纸之间位置提出了严格要求。以往的由一台电机通过传动轴和齿轮带动多组绕包头和牵引的设计形式,因为齿轮和传动带的间隙造成运转的不同步,从而造成产品已不能满足用户要求同时,普通三项异步电动机起步冲击造成牵引和绕包头不同步同样影响了绕包节距不稳定。为了满足不同用户的日益提高的要求和提高产品等级,变频器应用较好的解决了上述问题。
  二、纸包电磁线生产工艺简介
  纸包机通常由放线装置、绕包头装置、牵引装置、收线装置组成。其生产过程为一根或多根导体从放线装置放出,通过绕包头,由牵引装置夹紧在无相对位移情况下牵引導体稳定向前运行,中间各绕包头把绝缘纸稳定匀速的绕包到导体上,最后由收线装置将产品收到线盘上。绕包装置通常由1~4组绕包头组成,每个绕包头可绕包由2~8层绝缘纸,一次性绕包总层数在2~32层之间。绕包节距一般不超30mm,牵引设计速度一般不超过1200mm/min,这样绕包头转速最大为400rpm/min。导体的截面积一般在3~250mm2之间。绕包纸带的宽度在5~30mm之间。其核心部分为要求各绕包头间运动要协调一致,各绕包头与牵引之间运动传动比要稳定不变。其示意图如下:
  三、存在的问题
  传统的的纸包设备由三项异步电动机作为动力源。绕包头的运动由三项异步电动机通过传动带,无机变速器,主传动轴,绕包头分变速箱,带动绕包头完成绕包机械运动。牵引的运动由三项异步电动机通过传动带,无机变速器,牵引变速箱,牵引履带带动导体运动来完成。由于传动轴过多的机械连接,变速箱中齿轮的间隙,虽然各绕包头的动力均来自同一动力源,但当动力传到绕包头时却出现了明显的差别,使各绕包头启动、运行、停车不同步,造成不同绕包头間纸带的相互位置不稳定,出现间隙重叠等质量问题。同时牵引装置与各绕包头间的不同步使得各绕包头产生的节距不稳定,使启车与运行中节距不均匀。同时设备在启动和停车时,因三项异步电动机直接从电磁继电器接收380v50Hz交流电源,导致电机启动的瞬间即为最高转速,又因设备间的间隙,给设备带来极大机械的冲击,严重缩短了设备寿命。在设备的停车过程中靠电机的强制停车同样造成冲击,加快设备的损耗。在设备的启动停车过程中因转速的变化过于突然,势必造成绕包产品质量的严重下降。
  四、解决方案
  根据以上的分析,要解决上述问题应从两方面入手:首先解决设备启动和停车造成的机械冲击问题;其次解决各绕包头之间及牵引装置之间的同步问题设备的启动和停车问题较好解决,只需要在三相异步电机的电源电路中串联一台普通变频器即可解决问题。根据使用的实际情况,设定设备的启动时间、停车时间和启动曲线即可解决问题。真正核心问题是如何靠变频器解决各绕包头和牵引的同步问题,要解决此问题必须消除机械间隙问题,要想减少传动环节,必须去处传动轴和无机变速箱、齿轮箱等传动环节,这样就要求每个绕包头和牵引分别独立驱动。从分析和实际应用来可以在电机上直接安装齿轮,在绕包头上安装齿轮,这样只需要一组齿轮既可带动绕包头运转。明显减少了传动环节。也可以在电机和绕包头上安装齿型带轮,通过齿型带传动,因齿型带不存机械间隙,较一组齿轮传动效果更好。那末在机械间隙解决之后,问题就转移到如何解决各电机同步的问题上来。从理论来推理应该有四种解决方案。
  第一种:一拖多非闭环控制
  此种方案含义为:由一台大功率的变频器拖动多台电机同时运行。假如每个绕包头的电机需求功率为5Kw,有4个绕包头,牵引功率为7Kw,那末总需求功率为:
  5Kwx4+7Kw=27 Kw
  连接方式示意图如下:
  那么根据在实际选用时应预留出一定功率的富裕量,选择一台30Kw变频器较为合适。连线时需要把电源连接到变频器的输入端,将所有电机并联到变频器的输出端。因此种方案为一台变频器拖动多台电机,这样在变频器发出指令时多台电机接到同样的电压信号和频率信号,所以同步运行较好。同时又因为一台变频器拖动多台电机,一般一台变频器只能接受一组回馈信号,无法接收多组回馈信号,这就导致了变频器只知道向外发送信号,不知道各电机的实际运行情况,无法形成闭环控制,这就造成了即使一台电机发生问题,只要不影响变频器输出,它依旧运转问题。同时要求各电机间平衡性较好。
  第二种:变频器串联控制
  此种方案含义为:每台电机由一台变频器独立控制,下一台变频器从上一台变频器接受输出信号,调整自身输出。如果同样依照上面设备配置,那么就需要4台5Kw变频器和一台7kw变频器。连接方式示意图如下:
  此种方案的优点是下一台变频器接收到上一台变频器的输出信号,根据信号调整自己的输出,整个变频器组形成总闭环,依次向上一级采集信号,这样当一台变频器发生问题是其它变频器同时停止运转,避免了第一种方案的缺陷。但此种方案依旧存在当其中一台电机或其相关设备发生故障时,如果不足以引起控制变频器的输出发生问题,即在发生了不同步,依旧继续运转问题。
  第三种:采用可编程控制器进行控制
  此种方案含义为:每台电机由一台变频器独立控制,所有变频器从上PLC接受输出信号,调整自身输出。如果同样依照上面设备配置,那么就需要4台5Kw变频器和一台7kw变频器。连接方式示意图如下:
  此种方案的优点是由PLC进行统一控制,可同时调整所有变频器输出曲线。
  第四种:各变频器闭环进行控制
  此种方案含义为:每台电机由一台变频器独立控制,在所有电机或绕包头等机械输出部位安装编码器,反馈机械的实际运动状态,变频器根据反馈信号与设定参数调整自身输出保证各部运转同步。如果同样依照上面设备配置,那么就需要4台5Kw变频器和一台7kw变频器。连接方式如下:
  此种方案的优点是变频器能确认各个机械部的实际运行状态,能保证各机械运转严格按照设定的参数运行。其缺点是各绕包头要求独立设定参数,调整较为繁琐。
  以上几种方案为主要形式,细分又可以分成更多种形式,可根据控制精度和成本进行考虑。
  此外,如果将变频器调整为矢量控制变频器,将电机调整为变频电机,整个控制系统将提高到更高水平。
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