5.9.4.1 閉環(huán)控制的接線
仍以空氣壓縮機(jī)的恒壓控制為例，其壓力變送器有兩種類型，它們的接法如下：
1. 遠(yuǎn)傳壓力表
遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部有一個(gè)電位器。電位器的滑動(dòng)端與壓力表的指針相聯(lián)，如圖5-62 所示。電位器的阻值大多是400Ω，兩個(gè)固定端可以直接和目標(biāo)值給定電位器的固定端并聯(lián)，滑動(dòng)端輸出的就是與實(shí)際壓力成正比的反饋信號(hào)，接到變頻器的反饋量輸入端。這里的反饋信號(hào)是電壓信號(hào)。遠(yuǎn)傳壓力表比較價(jià)廉，用戶也較容易掌握。但內(nèi)部的電位器容易磨損，使用壽命較短。
2. 壓力變送器
壓力變送器的輸出信號(hào)大多是電流信號(hào)，其接線如圖5-62 上部所示，紅線接直流電源的“+”端，所需電源通常是直流24V，變頻器一般都為用戶提供＋ 24V 的直流電源，如圖5-63 所示。壓力變送器的黑線與電源0V 之間，串聯(lián)到電流信號(hào)的接受電路。具體到變頻器，則黑線接到反饋信號(hào)通道，接受電路在變頻器內(nèi)部。這時(shí)，反饋信號(hào)通道應(yīng)預(yù)置為接受電流信號(hào)。
5.9.4.2 閉環(huán)控制的調(diào)試
1. 運(yùn)行前的調(diào)試
第一步，把比例增益P 預(yù)置到最小，而把積分時(shí)間I預(yù)置到約20 ～ 30s 左右。
第二步，逐漸加大P，一直到系統(tǒng)發(fā)生振蕩，然后取其半。
第三步，逐漸減小I，一直到系統(tǒng)發(fā)生振蕩，然后增加50%。
2. 運(yùn)行中的調(diào)試
如果發(fā)現(xiàn)有輕微振蕩，則略減小一點(diǎn)P，或增加一點(diǎn)I；
如果希望在用氣量改變后壓力恢復(fù)得快一些，則略增大一點(diǎn)P，或減小一點(diǎn)I。
第六章 變頻改造補(bǔ)遺
上世紀(jì)九十年代，我開始承接變頻調(diào)速的工程項(xiàng)目。其中大部分都已經(jīng)在多本拙作中作了介紹，這里似無重復(fù)的必要。有少部分并未在書中介紹過，也有的項(xiàng)目的某些內(nèi)容似有更加深入地進(jìn)行介紹的價(jià)值。凡此種種，都補(bǔ)充在本章中，故稱之為補(bǔ)遺。
6.1 漿紗機(jī)十二單元同步控制
6.1.1 漿紗機(jī)概況
陜西某紡織廠的一臺(tái)漿紗機(jī)，有12 個(gè)單元，要求各單元同步運(yùn)行。原拖動(dòng)系統(tǒng)是靠皮帶在錐形帶輪上的位置來進(jìn)行微調(diào)的，非但費(fèi)力，且精度差，不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品的質(zhì)量擋次較低。故要求改用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)同步控制。
6.1.1.1 拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成
以4 個(gè)單元為例，如圖6-1 所示，各單元分別由電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3 和M4 拖動(dòng)。第一單元是主令單元，整臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行速度由主令單元進(jìn)行控制。
6.1.1.2 用戶的要求
1．統(tǒng)調(diào)
各單元需同時(shí)加速和同時(shí)減速，加速與減速由主令單元控制。
2．單元微調(diào)
雖然進(jìn)行了統(tǒng)調(diào)，但由于各單元的負(fù)載輕重不可能完全一致，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也會(huì)有所差異。所以，各單元紗的松、緊程度會(huì)有差別，需要進(jìn)行人工調(diào)整，稱為微調(diào)。
6.1.2 變頻改造要點(diǎn)
6.1.2.1 變頻器的接線
每臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別由各自的變頻器進(jìn)行控制，如圖6-2（a）所示。特點(diǎn)是：
1．起動(dòng)
各變頻器的正轉(zhuǎn)控制端（FWD）都直接與公共端（COM）接通，電動(dòng)機(jī)都采用“上電起動(dòng)”方式，即，變頻器一接上電源，電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)起動(dòng)。
2．加速與減速
各變頻器多功能輸入端的X1 端預(yù)置為升速（UP）功能，由繼電器KA1 控制；X2 端預(yù)置為減速（DOWN）功能，由繼電器KA2 控制。
6.1.2.2 轉(zhuǎn)速的統(tǒng)調(diào)與微調(diào)
1．統(tǒng)調(diào)
如圖6-2（b）， 按下SB1，KA1 得電， 各變頻器的X1 端都接通，頻率同時(shí)上升，各單元同時(shí)加速，松開SB1，各單元停止加速；按下SB2，KA2 得電，各變頻器的X2 端都接通，頻率同時(shí)下降，各單元同時(shí)減速，松開SB2，各單元停止減速。
如圖6-2（b）， 按下SB1，KA1 得電， 各變頻器的X1 端都接通，頻率同時(shí)上升，各單元同時(shí)加速，松開SB1，各單元停止加速；按下SB2，KA2 得電，各變頻器的X2 端都接通，頻率同時(shí)下降，各單元同時(shí)減速，松開SB2，各單元停止減速。
2．微調(diào)
各變頻器的加速端都有按鈕開關(guān)與之相接，可進(jìn)行加速微調(diào)；各變頻器的減速端也都有按鈕開關(guān)與之相接，可進(jìn)行減速微調(diào)。
6.1.3 調(diào)試與效果
6.1.3.1 調(diào)試要點(diǎn)
1．起動(dòng)存在問題
在運(yùn)行前的“穿紗”過程中，由于是人工逐臺(tái)穿行的，因而負(fù)荷較重，電動(dòng)機(jī)不易起動(dòng)。
2．采取措施：
（1）加大“轉(zhuǎn)矩提升”量；
（2）將起動(dòng)頻率預(yù)置為10Hz，使起動(dòng)時(shí)有一點(diǎn)沖擊力。
6.1.3.2 運(yùn)行效果
1．微調(diào)方便
改造前，微調(diào)是通過改變皮帶在錐形帶輪上的位置來實(shí)現(xiàn)的，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且很難一次到位；改造后，從動(dòng)單元的微調(diào)十分輕松且方便。
2．提高精度
改造前，操作工是依靠手的感覺來決定是否需要進(jìn)行微調(diào)的，精度較差；改造后，可以根據(jù)各單元的電流大小來進(jìn)行微調(diào)，大大提高了調(diào)節(jié)精度，產(chǎn)品質(zhì)量提高了兩個(gè)檔次。
6.2 飲料灌裝輸送帶的變頻改造
6.2.1 概述
6.2.1.1 主要特點(diǎn)
1．運(yùn)行方式
屬于間歇輸送式，輸送帶在工作時(shí)，運(yùn)行和停止不斷地交替。每隔一段時(shí)間，所有工件同時(shí)向下一個(gè)工位移動(dòng)。運(yùn)行的時(shí)間和停止的時(shí)間都是一定的。
2．負(fù)載性質(zhì)
在傳輸過程中，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
3．主要工位
有：灌裝、加蓋、貼標(biāo)簽等，如圖6-3 所示。
6.2.1.2 電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)
1．主要數(shù)據(jù)
額定容量PMN=5.5 ｋＷ，額定轉(zhuǎn)速nMN=960r∕min。
2．類型及工作特點(diǎn)
由于要求輸送帶在轉(zhuǎn)換工位時(shí)必須準(zhǔn)確停住，不允許出現(xiàn)滑動(dòng)。因此，采用YEJ 系列電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其基本電路和工作特點(diǎn)如圖6-4 所示。電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電路是在內(nèi)部已經(jīng)接好了的，如圖6-4（a）所示。
因?yàn)殡姶盆F的繞組MB 是一個(gè)大電感，當(dāng)電源電壓為正半周時(shí)，電源通過VD1 向線圈MB 提供電流，當(dāng)電源電壓為負(fù)半周時(shí)，電源不再提供電流，而是由線圈的自感電動(dòng)勢(shì)使電流通過VD2 繼續(xù)流動(dòng)，VD2 稱為續(xù)流二極管。RP1 是壓敏電阻，是防止在續(xù)流二極管電路一旦發(fā)生接觸不良等故障時(shí)，用于保護(hù)線圈的。線圈電流的波形如圖6-4（b）所示。
6.2.2 變頻改造要點(diǎn)
6.2.2.1 變頻器的選擇
1．變頻器的容量
因飲料灌裝輸送帶不大會(huì)有嚴(yán)重過載的情形，因此，可選與5.5kW 電動(dòng)機(jī)相配的變頻器：SN ＝ 8.5kVA，IN ＝14.2A。用戶選購(gòu)了艾默生公司的TD3000 系列變頻器。
2．變頻器的型號(hào)
由于飲料灌裝輸送帶在起動(dòng)時(shí)，靜磨擦力較大，需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，以選用具有無反饋矢量控制方式的變頻器為宜。又由于在運(yùn)行過程中負(fù)載變化和調(diào)速范圍均不大，即使是只有V∕F 控制方式的通用型變頻器也可選用。
6.2.2.2 變頻器與制動(dòng)器的配合
1．制動(dòng)器的電源
制動(dòng)器在出廠時(shí)是和電動(dòng)機(jī)共電源的。但變頻器的輸出電壓是隨頻率而變的，所以，原來的制動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)共電源的聯(lián)接線不能再用，必須通過單獨(dú)的接觸器與電源相接，如圖6-6 所示。
2．電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止
（1）起動(dòng)
電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，首先要使制動(dòng)器通電，把抱閘松開。在抱閘剛松開的瞬間，傳動(dòng)軸常有轉(zhuǎn)動(dòng)，引起傳輸帶的蠕動(dòng)，影響定位精度。為此，需預(yù)置“起動(dòng)前的直流制動(dòng)”，以保證傳輸帶在原位開始移動(dòng)。制動(dòng)器的松開時(shí)間一般在0.6s 以內(nèi)，故起動(dòng)前直流制動(dòng)的時(shí)間可預(yù)置為1s，如圖6-5中之t1 所示。直流制動(dòng)結(jié)束時(shí)，電動(dòng)機(jī)將從起動(dòng)頻率fS 開
1．變頻器的通電
由按鈕開關(guān)SB1、SB2 通過接觸器KM 而進(jìn)行控制。
2．制動(dòng)器的通電
制動(dòng)器的通電必須和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)相配合，就是說，如果電動(dòng)機(jī)不起動(dòng)，制動(dòng)器就不能通電。
3．電動(dòng)機(jī)起動(dòng)
電動(dòng)機(jī)起動(dòng)由繼電器KA 接通變頻器的FWD 端子來控制。變頻器在得到起動(dòng)指令后，首先執(zhí)行起動(dòng)前的直流制動(dòng)。與此同時(shí)，KM2 得電，制動(dòng)器開始松開。由于制動(dòng)器的松開過程是在電動(dòng)機(jī)尚未旋轉(zhuǎn)的過程中進(jìn)行的，不存在磨擦片的磨損問題，延長(zhǎng)了制動(dòng)器的壽命。
4．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
通過電位器RP 進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。
5．電動(dòng)機(jī)停止
接下SB3，KA 失電，一方面，變頻器的輸出頻率下降至fDB 后開始直流制動(dòng)；另一方面，KM2失電，制動(dòng)器失電，開始抱緊。
6.2.2.4 主要元器件的選擇
1．空氣斷路器Q
空氣斷路器的額定電流應(yīng)按變頻器額定電流的（1.3~1.4）倍選擇：
6．2．2．5 變頻器主要功能預(yù)置
（與出廠設(shè)定相同者不再預(yù)置）
1．控制方式
F0.02 ＝ 0— 選擇無反饋矢量控制方式；
F0.03 ＝ 5— 選擇模擬給定方式；
F0.05 ＝ 1— 選擇由輸入控制端子進(jìn)行控制。
2．輸入電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)
F1.01 ＝ 5.5— 電動(dòng)機(jī)額定功率為5.5kW；
F1.03 ＝ 380— 電動(dòng)機(jī)額定電壓為380V；
F1.04 ＝ 12.6— 電動(dòng)機(jī)額定電流為12.6A；
F1.05 ＝ 960— 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為960r∕min。
3．預(yù)置電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)測(cè)試功能
F1.09 ＝1—允許自動(dòng)測(cè)試（說明書中為“自動(dòng)調(diào)諧”）；
F1.10 ＝ 1— 選擇通過RUN（運(yùn)行）鍵進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試的功能。
4．升、降速功能
F2.05 ＝ 1— 選擇Ｓ形升、降速方式，這是為了減緩在
升、降速過程中加速度的變化，以防止玻璃瓶倒下；
F0.10 ＝ 5.0— 升速時(shí)間選擇5s；
F0.11 ＝ 5.0— 降速時(shí)間選擇5s。
5．程序控制功能
F8.00 ＝ 2— 選擇連續(xù)循環(huán)方式；
F2.24 ＝ 45.00— 第1 檔工作頻率為45Hz；
F2.02 ＝ 0— 正方向旋轉(zhuǎn)；
F8.03 ＝ 20— 工位轉(zhuǎn)換時(shí)間為20s；
F2.25 ＝ 10.00— 第2 檔工作頻率為10 Hz；
F8.04 ＝ 0— 正方向旋轉(zhuǎn)，升速時(shí)間的預(yù)置如上述；
F2.26 ＝ 0.00— 第3 檔工作頻率為0 Hz；
F8.06 ＝ 0— 正方向旋轉(zhuǎn)，升速時(shí)間的預(yù)置如上述；
F8.07 ＝ 30— 停機(jī)加工時(shí)間為30s。
6.3 車床的變頻改造
6.3.1 普通車床的大致構(gòu)造與負(fù)載性質(zhì)
6.3.1.1 大致構(gòu)造
如圖6-7 所示，主要部件有：
6.3.1.3 主拖動(dòng)系統(tǒng)的阻轉(zhuǎn)矩
6.3.2.1 原拖動(dòng)系統(tǒng)概況
1. 頭架
用于固定工件并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。內(nèi)藏齒輪箱，是主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一。
2. 尾架
用于頂住較長(zhǎng)的工件，是固定工件用的輔助部件。
3. 刀架
用于固定車刀。
4. 床身
用于安置所有部件。
6.3.1.2 拖動(dòng)系統(tǒng)
普通車床的拖動(dòng)系統(tǒng)主要包括以下兩種運(yùn)動(dòng)：
1. 主運(yùn)動(dòng)
工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為普通車床的主運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的拖動(dòng)系統(tǒng)為主拖動(dòng)系統(tǒng)。主拖動(dòng)系統(tǒng)由主電動(dòng)機(jī)、皮帶和帶輪以及頭架中的齒輪箱構(gòu)成，如圖6-8（a）所示。轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過改變頭架上手柄⑤的位置，從而改變齒輪箱內(nèi)的齒輪組合來進(jìn)行的。工件旋轉(zhuǎn)方向的改變也是通過機(jī)械手段來實(shí)現(xiàn)的。因此，電動(dòng)機(jī)的控制電路十分簡(jiǎn)單，如圖（b）所示。
2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
主要是刀架的移動(dòng)。由于在車削螺紋時(shí)，刀架的移動(dòng)速度必須和工件的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格配合，故中小型車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈而拖動(dòng)的，并無獨(dú)立的進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)。
6.3.1.3 主拖動(dòng)系統(tǒng)的阻轉(zhuǎn)矩
1．阻轉(zhuǎn)矩的構(gòu)成
主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是工件在切削過程中形成的阻轉(zhuǎn)矩。理論上說，切削功率用于切削的剝落和變形。故切削力正比于被切削工件的材料性質(zhì)和切削面積，切削面積由切削深度和走刀量決定。而切削轉(zhuǎn)矩則取決于切削力和工件回轉(zhuǎn)半徑的乘積，如圖6-9（a）所示：
6.3.1.4 主拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性
1．低速段
由于允許的最大進(jìn)刀量以及工件的最大直徑都是相同的，故負(fù)載轉(zhuǎn)矩也相同，屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，機(jī)械特性如圖6-9b）中之線段①所示。
2．高速段
轉(zhuǎn)速升高后，由于受刀具強(qiáng)度以及床身機(jī)械強(qiáng)度和振動(dòng)等的影響，繼續(xù)保持較大的切削轉(zhuǎn)矩將可能損壞刀具和床身。因此，速度越高，允許的最大進(jìn)刀量越小，但切削功率則保持不變，其機(jī)械特性具有恒功率性質(zhì)，如圖6-9b中之曲線②所示。
3．計(jì)算轉(zhuǎn)速
恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)的分界轉(zhuǎn)速，稱為計(jì)算轉(zhuǎn)速，用nD 表示。關(guān)于計(jì)算轉(zhuǎn)速大小的規(guī)定大致如下：一般規(guī)定：從最低速起，以全部級(jí)數(shù)的三分之一的最高速作為計(jì)算轉(zhuǎn)速。
6.3.2 變頻調(diào)速的改造實(shí)例
某廠的意大利產(chǎn)SAG 型精密車床，調(diào)速時(shí)，齒輪的組合（轉(zhuǎn)速換檔）是通過四個(gè)電磁離合器的狀態(tài)來改變的。由于電磁離合器的損壞率較高，國(guó)內(nèi)無配件，進(jìn)口件又十分昂貴，故考慮改用變頻調(diào)速。具體情況如下：
6.3.2.1 原拖動(dòng)系統(tǒng)概況
1．轉(zhuǎn)速檔次
主運(yùn)動(dòng)原有八檔轉(zhuǎn)速：75、120、200、300、500、800、1200、2000r∕min。
2．電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù)
3．調(diào)速方式
由手柄的八個(gè)位置來控制四個(gè)電磁離合器的分與合，得到齒輪的八種組合，從而得到八檔轉(zhuǎn)速。
6.3.2.2 主要計(jì)算數(shù)據(jù)
1．負(fù)載側(cè)數(shù)據(jù)
2．電動(dòng)機(jī)側(cè)數(shù)據(jù)
2．電動(dòng)機(jī)側(cè)數(shù)據(jù)
3．用戶要求
（1）盡可能不更換電動(dòng)機(jī)；
（2）在高速區(qū)，過載能力不低于1.5；
（3）根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出軸的實(shí)際情況，不希望增加轉(zhuǎn)速
反饋裝置；
（4）轉(zhuǎn)速檔次及控制方式不變，即仍由手柄的八個(gè)位置來控制八檔轉(zhuǎn)速。
6.3.3 變頻改造的計(jì)算
6.3.3.1 變頻方案的初探
1．頻率范圍
（1）最高工作頻率
通用電動(dòng)機(jī)的工作頻率不宜超過額定頻率的2 倍，故：
3．帶負(fù)載能力的校核
（1）低速時(shí)
圖6-11 中，曲線①是負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩段的機(jī)械特性；曲線②是負(fù)載恒功率段的機(jī)械特性；曲線③是電動(dòng)機(jī)在額定頻率時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線；曲線④是電動(dòng)機(jī)在額定頻率以上時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線。由圖可知，在800 r ∕ min 以下各檔，電動(dòng)機(jī)都將帶不動(dòng)負(fù)載。
4．解決辦法
要想在低頻時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載，只有兩種辦法：
即，電動(dòng)機(jī)的容量必須加大3 倍多，電動(dòng)機(jī)的機(jī)座將增大很多，無法安裝。
6.3.3.2 兩擋傳動(dòng)比方案的思考
由于車床對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，只在停機(jī)時(shí)進(jìn)行，在車削過程中并不調(diào)速。因此，可考慮將傳動(dòng)比分為兩檔。
負(fù)載恒功率段的機(jī)械特性；曲線③是低速檔電動(dòng)機(jī)在額定
頻率以下的有效轉(zhuǎn)矩線；曲線④是低速檔電動(dòng)機(jī)在額定頻
率以上時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線；曲線⑤是高速檔電動(dòng)機(jī)在額定頻
率以下的有效轉(zhuǎn)矩線；曲線是⑥高速檔電動(dòng)機(jī)在額定頻率以上時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線。
由圖知，所需電動(dòng)機(jī)容量與面積OA’D’B’成正比，與負(fù)載功率（負(fù)載功率與面積OADB 成正比）十分接近。
3．低速檔的頻率范圍
（1）確定中間轉(zhuǎn)速
因?yàn)閚L≤300r∕min 為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，所以，在低速檔，電動(dòng)機(jī)的額定頻率與第4 檔轉(zhuǎn)速（300r ∕ min）相對(duì)應(yīng)。則：
∵ 第6 檔轉(zhuǎn)速（800r ∕ min）與第4 檔轉(zhuǎn)速的比值為
（800∕300）＝ 2.7，對(duì)應(yīng)的工作頻率達(dá)50×2.7 ＝ 135 Hz，
普通電動(dòng)機(jī)不適宜在這樣高的頻率下長(zhǎng)期運(yùn)行。
6.3.3.3 確定傳動(dòng)比
1．拖動(dòng)系統(tǒng)的工作區(qū)
綜合上述，拖動(dòng)系統(tǒng)的工作區(qū)如表6-2 所示。
