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中達電通股份有限公司   李華明

 

摘要：本文主要講述臺達V系列變頻器在冷軋鋼機上的直接轉矩控制應用

背景：目前在冷軋鋼機應用行業，冷軋帶肋鋼筋生產線中，從放線、鋼筋軋制、強度控制、延伸調控、定尺切斷、自動推平、二面落料、盤卷收線，可以全部實現自動化。在其中的應用場合，需要對電機進行直接轉矩控制，有時不能或不便安裝編碼器來反饋電機轉速，因此希望變頻器在開環的情況下對電機實現轉矩控制（無編碼器反饋），臺達V系列變頻器具有開環轉矩控制功能，正好可以滿足部分用戶的要求。

關鍵詞：臺達V系列變頻器、直接轉矩控制、冷軋鋼機

１、前言：當前冷軋系列設備中主要產品類型有：冷軋扭系列設備、調直機系列設備和冷軋帶肋鋼筋生產系列設備。其中冷軋帶肋鋼筋設備為一條軋鋼生產線，材料為原始的成卷鋼筋，經過生產線處理后，表面被帶肋壓花后被定長切斷。首先經由一級電機進行直接轉矩控制進行拉伸，再經過二級電機拉伸并表面壓花處理后，由第三級電機拉伸，最后在生產線末端進行定長切割處理。其中一級電機之前是由力矩電機進行工作，考慮到變頻器控制的諸多優越性，因此用變頻器來代替其進行轉矩控制，鑒于生產線空間的限制，一級與二級兩個電機之間不適合安裝張力架傳感器來反饋，需要用V系列變頻器的開環轉矩控制來進行直接拖動。

　　1）冷軋設備生產線流程如下：

鋼筋原材料→VFD370V43A轉矩控制(一級電機) → VFD550B43A速度控制（二級電機）→VFD055B43A速度控制（三級電機）→定長切割→完畢

2）變頻器配置：VFD370V43A、VFD550B43A、VFD055B43A各一臺。

3）變頻器VFD370V43A外部電氣控制部分：

A、一個電位器連接+10V 、AVI與ACM來調節轉矩命令大小；

B、一個按鈕來切換速度/轉矩模式，并在速度模式情況下，此按鈕同時實現點動頻率的端子命令；

C、短接AVI與AUI端子；

D、短接MI1與MI2端子。

其外部接線示意圖如下：

冷軋設備生產線流程中，用來拖動一級電機（從動）的變頻器VFD370V43A，進行直接轉矩控制，在生產過程中牽引鋼筋向前拉動。其給定的轉矩大小為一個合適值；二級電機（主動）運行起來的時候，一級電機才在系統中跟隨二級電機一起運行，從而取代之前使用的力矩電機。并且在實際使用過程中，當一卷鋼筋使用完畢，要求在更換材料的時候，能夠在速度模式下實現點動運行進料,從而讓鋼筋平順的穿過設備中的機械部分。另要求變頻器VFD037V43A在最大轉矩命令范圍內能夠單獨驅動其較重負載，如負載更換為直徑更粗的鋼筋。

1）、對一級電機參數最整定，并設定相應參數：

00-10=4（轉矩控制方式）；

00-20=2（頻率命令外部模擬量）；

03-00=1（AVI為給定頻率/轉矩命令）；

此時轉動外部電位器，輸入一個較合適的轉矩進行直接轉矩控制，此時鋼筋在這個轉矩下不向前移動，只有在二級拉伸電機速度運行的情況下，一級拉伸電機在轉矩模式下帶動鋼筋向前移動；

2）、速度模式下實現點動運行

在外部端子MI2切換到速度模式時（02-02=32轉矩速度模式切換），

設定外部端子MI1，02-01=1（多段速指令一）；04-00=1（第一段速為1HZ）；

此時在速度模式下多段速頻率一可以正常運行。加上負載后效果亦不錯。

3）、直接轉矩模式下測試能否帶動更大負載

因鋼筋材料的粗細有異，增加負載后，在電機直接給轉矩時，逐步轉動電位器，增加轉矩的命令大小，觀察電機的反應。以觀察當轉矩增加到滿轉矩前，可否拉動負載。設定參數如下：06-12=250（轉矩限制設定為250%）；

當電位器旋轉到滿位時，此時轉矩命令已是最大值，但負載沒有移動；設置03-02=8(AUI模擬量功能為轉矩補償)；單獨調節AUI模擬量時效果不佳，同時調節AVI與AUI模擬量時有效，因外部電路只允許使用一個電位器模擬量輸入，因此短接AUI與AVI端子，當外部電位器旋轉時，轉矩命令和轉矩補償都是在逐步增大，當增到一定值時一級電機帶動負載運行。

4）、參數設置：

控制一級電機的變頻器VFD370V43A最終參數設置如下：

00-10=4    控制方式為轉矩控制

00-20=2    頻率指定來源為外部模擬輸入

01-00=50   最大操作頻率為50HZ

01-01=50   電機額定頻率為50HZ

01-02=380  電機額定電壓為380V

02-01=1    多功能輸入端子MI1為多段速指令一

02-02=32   功能輸入端子MI2為轉矩速度模式切換

03-00=1    模擬AVI輸入為頻率/轉矩命令

03-02=8    模擬AUI輸入為轉矩補償

04-00=1    第一段速為1HZ

05-02=16.9  電機無載電流為16.9A

05-06=151.8電機R1為151.8mΩ

05-07=166  電機R2為166mΩ

05-08=471.8電機LM參數471.8mH

05-09=29.9  電機LC參數29.9mH

05-29=200   震蕩補償因子為200

06-12=250   轉矩限制為250%

5、調試總結：

1、臺達變頻器用直接轉矩模式代替力矩電機，性能優越，效果良好。

2、生產線運行穩定，維護成本大大降低。

3、生產產品的品質很好，最終用戶反映良好。

 

6、現場附圖如下：