张力辊控制原理 一、 速度辊的控制原理�适用�1#张力辊、5#张力辊、8#张力辊� 速度辊�顾名思义就是控制生产线的速度辊�它的速度也就是这个段生产线的带钢速度。

速度如何控制呢�首先我们来了解一下现场的硬件配置�也就是现场机械配置。

我们以镀锌线1#张力辊为例说明速度辊的控制原理� 电机的额定速度是�n =1470r p m 变速器的变比是�i =18 辊直径为�D =600�m m �=0.6m 生产线速度�V � V =n /i *ЛD =1470/18*3.14*0.6=153.86米/分钟 也就是说�现场的硬件配置电机在额定速度下最大的速度是�153米/分钟�在入口段没有充套的情况下�可达到生产150米/分钟要求�但是由于入口段还有一个充套速度40米/分钟�所以在条件下还没有达到生产要求。

入口段最高的速度V =190米/分钟 电机的速度n =�n =190/ЛD *i =190/3.14/0.6*18=1815转/分钟 如何能达到这个速度呢?这个时候可以通过调整变频器输出频率来达到所要求的速度 交流异步电机变频调速原理 交流异步电机的转速公式为� p f s n 60)1(�� 式中�f —— 定子供电的频率�H z � p ——定子线圈磁极对数� s ——转子转速与定子旋转磁场转速之间的转差率� n ——电机转速�m i n /r 。

电机 变速器 辊由上式可知�对于一台电机来说�s 和p 都是固定不变的�只要平滑的调节其供电频率f �就可以平滑的调节其转速�这是变频调速最基本的原理。

我们忽略转差率就可以得出�入口生产线速度190米/分钟时的电机速度1815转/分钟�变频器输出的频率为�f =n *P /60=1815*2/60=60.5H z �所以在变频器优化时设定最大输出频为60.5H z �这样就可以满足生产线的要求。

基本配置已经满足了�我们来看看电气方面的可控框图� 为改善交流电机在调速过程中的机械特性和调速特性�就必须采取一定的控制方式。

一般来说�镀锌线采用的都是有反馈矢量控制方式�即是带有速度反馈的闭环控制模式。

什么叫闭环控制呢�虽然我们给变频器发出了达到一定转速的指令�T n ��变频器也按照这个指令去做了�但做的效果如何�即实际电机的转速是多少�不一定就是我们发出指令的数据�总会有一个偏差值�我们采用编码器测出电机的实际转速�F n ��再与我们所需要的转速相比较�得出的差值�T n �F n �再输入到控制系统中去�便形成了闭合的控制回路�称之为闭环控制系统�闭环控制的目的就是使偏差值�T n �F n �趋于零。

但如果我们直接将偏差值�T n �F n �输入到变频器中�由于最终�T n �F n �≈0�必将使变频器的输出频率为零�电机反而停转。

所以我们必须将差值放大p k 倍后再作为给定信号输入�这种调节方式叫P 调节。

p G k n ��T n �F n � 式中�G n ——变频器的频率给定信号� 变频器 电 机 编码器 设定转速n T K P �n T —n F � 反 馈 1048p k——放大倍数�又叫比例增益��T n——目标转速�F n——编码器测出的实际转速。

我们把调节后稳态时的目标转速与实际转速的误差叫偏差或静差���。

显然放大倍数越大�静差越小�但放大倍数过大�则会引起“超调”�即调过了头�于是又反过来调小�再次“超调”�反覆震荡后才趋于目标值。

为消除控制系统的震荡�又增加了积分环节�I�调节。

有了I调节以后使实际转速F n逐步接近目标转速而不致超调�如图14所示。

这种调节叫P I调节。

但因积分时间太长�当目标值T n急剧变化时�又会出现实际转速F n不能及时变化的情况。

为了克服P I调节时间太长的问题�可以增加微分环节�D�调节�提前给出较大的调节动作�从而缩短了调节时间�这样的调节叫做P I D调节。

不过�一般镀锌线只要P I调节就够了�而在炉区参数控制中会有P I D调节。

但是一组张力辊有两个辊�所以我们必须采用一主一从来控制它�主即是基准速度�从即是协调分担主辊的负荷。

我们来看看控制框图�如何均衡控制呢�首先�就1#张力辊而言�两个辊的功率都是30K W�正常的情况下它们输出的力�力矩或电流�一样�但由于存在现场机械、板形、打滑、磨擦等很多客观原因�实际它们输出的力�力矩或电流�不一样�因此就需要均衡控制。

我们从主辊取样电流值�比如说现在主辊的电流是50%�从辊电流是40%�我们简单说明一下� 所以�速度辊很平稳�电流在波动。

也可以说保证速度�忽略电流�但不能超过额定电流� 二、 张力辊的控制原理�适用�2#张力辊、4#张力辊、6#张力辊、7#张力辊� 张紧辊的张力控制原理� 基本要求�保证带板表平有效张力。

用2#张紧辊来说明控制原理� 首先�2#张紧辊前面有脱脂段张力后面有入口活套的张力�它必须平衡两段张力。

我们来分析一下电机转矩� 电机输出功率公式� 9550M M M n T P � 式中�M P —— 电动机轴的输出功率�k w � M T —— 电动机的转矩�m N �� M n ——电动机的转速�m i n /r a . 根据能量守恒原则�忽略各部分功率损耗的情况下�变频器的输入功率�直流回路的功率�变频器的输出功率即电动机的输入功率�电动机轴上的输出功率都是基本相同。

b . 在基频以下调频时�频率下降�负载转矩基本不随频率的下降而变化�各部分的功率的变化情况分析如下 变频器的输出电流与张力变化的关系 电动机的输入功率� 11c o s 3�M M M I V P � 式中�M P ——变频器的输出功率�也是电动机的输入功率�k w � M V ——变频器的输出电压�也是电动机的输入线电压�V � Σ 主辊电流反馈值 从辊电流反馈值 30/60 从辊速度±5米±M I ——变频器的输出线电流�也是电动机的输入线电流�A 。

而电动机的输出功率� p f s T n T P M M M M 60)1(955095502����� 忽略电动机的功率损耗�则� 21M M P P � 即� f s p I V T M M M )1(60955c o s 31���� 因为�f V M �常数�所以�M M K I T � 即转矩的大小正比于电机的线电流�我们可以借助于这一规律�通过调节电机的电流来调节扭矩。

减速机输出扭矩L T � M L i T T � 式中�i ——减速箱减速比。

对张力辊而言�带钢获得的张力差T �� D T D T T L L 221��� 减 速 比 i T M T L ΔT式中�D ——张力辊辊径。

这就说明�通过调节电机的电流�进而可以调节带钢张力增加或减少的数值 不但有数值的大小�而且有方向性的量叫矢量。

在异步电动机控制中的磁通、磁通势、电流、电压等不但有大小�而且都有方向�甚至有的方向在不断的变化�所以都是矢量。

直流电机有两个独立的定子绕组和转子绕组�即励磁电路和电枢电路是相互独立的�可以分开控制�所以控制其转速或扭矩很方便。

而交流异步电机只有定子绕组�励磁电流和转矩电流都包含在定子电流内�所以控制很复杂。

通过建立数学模型�可以将交流异步电机的矢量经过坐标变换�从而等效成直流电机�即将异步电机的定子矢量转换成产生磁场的电流分量�励磁电流�和与其垂直的产生转矩的电流分量�转矩电流��并模仿直流电机的控制方法分别加以控制�然后再经相互的坐标反复换�将此信号控制变频器�就可以输出异步电动机调速所需的变频电流。

2.4双闭环控制系统 为了分别控制生产线的速度和张力�一般电机均采用双闭环控制系统 实现了转速和电流两种负反馈控制�再系统中设置了转速P I D 自动调节器和电流P I D 自动调节器�两者之间实现串联。

即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入�再用电流调节器的输出去控制逆变桥晶闸管的触发装置。

从闭环转速P I D 调节器 逆变桥 电机 � 转速张力 控制模式 选择 转矩给定 转矩补偿 转矩电流 指令 励磁电流 指令 实际转矩电流反馈 内环电流调节环 变码器 外环转速调节环 转矩 幅器限 电流P I D 调节器结构上看�电流调节环在里面�叫内环�转速调节环在外面�叫外环。

转速调节和电流调节在生产线上就是速度控制模式和张力控制模式。

对于张力辊�采用张力控制模式�这时人为的将转速自动调节器处于饱和状态�不起调节作用�而将所需要产生的张力折算成额定转矩的百分比�作为转矩限幅器的限幅给定。

对于速度基准辊�采用速度控制模式�将所需要的带钢线速度折算成电机额定转速的百分比�作为转速调节器的速度给定�并同时将所需要产生的张力折算成电机额定转矩的百分比�作为转矩限幅器的限幅给定。

张力辊在未建张爬行时开卷机在未建张送板时�也是速度控制模式。

工作在哪一种模式由程序控制系统自动进行切换。

三、炉内张力控制、固化炉垂度控制的基本原理�适用�3#张力辊、彩涂4#张力辊、5#张力辊�3#张紧辊和其他张紧辊一样保证带钢上面的有效张力�但是由于炉内带钢张力要求比较精确�过大或过小都镀锌工艺有直接影响�所以它必须根据带钢上面的实际张力来调整。

实际张力的来源就是火炉入口的测张辊测量的数据。

3#张紧辊既要平衡活套张力也要调整炉内张力�它的作用很重要。

如何来平衡入口活套�我们来举例说明�生产0.33*1000时入口活套张力设定1000k g�退火炉张力设定350k g�3#张紧辊自身要克服�平衡�张力是入口活套张力-火炉张力也就是�1000-350=650k g�用这个张力来进行限幅于3-2#辊的电流。

但带钢表面实际张力是不是350k g呢�这时通过测张辊反馈张力值进行比较�经过P I调节器后微加微减一个速度值到3#张力辊的给定速度里面。

所以3#张力辊为什么一直不停打滑的原因就在这里�如果它不打滑就说明控制或现场出问题了�但打滑的程度可以通过P I调节器来调整。

但是两辊之间也有负荷平衡调整�使两辊输出转矩�扭矩�一样。