5.9.4.1 閉環控制的接線
仍以空氣壓縮機的恒壓控制為例，其壓力變送器有兩種類型，它們的接法如下：
1. 遠傳壓力表
遠傳壓力表內部有一個電位器。電位器的滑動端與壓力表的指針相聯，如圖5-62 所示。電位器的阻值大多是400Ω，兩個固定端可以直接和目標值給定電位器的固定端并聯，滑動端輸出的就是與實際壓力成正比的反饋信號，接到變頻器的反饋量輸入端。這里的反饋信號是電壓信號。遠傳壓力表比較價廉，用戶也較容易掌握。但內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大多是電流信號，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，串聯到電流信號的接受電路。具體到變頻器，則黑線接到反饋信號通道，接受電路在變頻器內部。這時，反饋信號通道應預置為接受電流信號。
5.9.4.2 閉環控制的調試
1. 運行前的調試
第一步，把比例增益P 預置到最小，而把積分時間I預置到約20 ～ 30s 左右。
第二步，逐漸加大P，一直到系統發生振蕩，然后取其半。
第三步，逐漸減小I，一直到系統發生振蕩，然后增加50%。
2. 運行中的調試
如果發現有輕微振蕩，則略減小一點P，或增加一點I；
如果希望在用氣量改變后壓力恢復得快一些，則略增大一點P，或減小一點I。
第六章 變頻改造補遺
上世紀九十年代，我開始承接變頻調速的工程項目。其中大部分都已經在多本拙作中作了介紹，這里似無重復的必要。有少部分并未在書中介紹過，也有的項目的某些內容似有更加深入地進行介紹的價值。凡此種種，都補充在本章中，故稱之為補遺。
6.1 漿紗機十二單元同步控制
6.1.1 漿紗機概況
陜西某紡織廠的一臺漿紗機，有12 個單元，要求各單元同步運行。原拖動系統是靠皮帶在錐形帶輪上的位置來進行微調的，非但費力，且精度差，不夠穩定，產品的質量擋次較低。故要求改用變頻調速來實現同步控制。
6.1.1.1 拖動系統的構成
以4 個單元為例，如圖6-1 所示，各單元分別由電動機M1、M2、M3 和M4 拖動。第一單元是主令單元，整臺機器的運行速度由主令單元進行控制。
6.1.1.2 用戶的要求
1．統調
各單元需同時加速和同時減速，加速與減速由主令單元控制。
2．單元微調
雖然進行了統調，但由于各單元的負載輕重不可能完全一致，電動機的機械特性也會有所差異。所以，各單元紗的松、緊程度會有差別，需要進行人工調整，稱為微調。
6.1.2 變頻改造要點
6.1.2.1 變頻器的接線
每臺電動機分別由各自的變頻器進行控制，如圖6-2（a）所示。特點是：
1．起動
各變頻器的正轉控制端（FWD）都直接與公共端（COM）接通，電動機都采用“上電起動”方式，即，變頻器一接上電源，電動機就正轉起動。
2．加速與減速
各變頻器多功能輸入端的X1 端預置為升速（UP）功能，由繼電器KA1 控制；X2 端預置為減速（DOWN）功能，由繼電器KA2 控制。
6.1.2.2 轉速的統調與微調
1．統調
如圖6-2（b）， 按下SB1，KA1 得電， 各變頻器的X1 端都接通，頻率同時上升，各單元同時加速，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，頻率同時下降，各單元同時減速，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，頻率同時上升，各單元同時加速，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，頻率同時下降，各單元同時減速，松開SB2，各單元停止減速。
2．微調
各變頻器的加速端都有按鈕開關與之相接，可進行加速微調；各變頻器的減速端也都有按鈕開關與之相接，可進行減速微調。
6.1.3 調試與效果
6.1.3.1 調試要點
1．起動存在問題
在運行前的“穿紗”過程中，由于是人工逐臺穿行的，因而負荷較重，電動機不易起動。
2．采取措施：
（1）加大“轉矩提升”量；
（2）將起動頻率預置為10Hz，使起動時有一點沖擊力。
6.1.3.2 運行效果
1．微調方便
改造前，微調是通過改變皮帶在錐形帶輪上的位置來實現的，不但勞動強度大，并且很難一次到位；改造后，從動單元的微調十分輕松且方便。
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行微調的，精度較差；改造后，可以根據各單元的電流大小來進行微調，大大提高了調節精度，產品質量提高了兩個檔次。
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
1．運行方式
屬于間歇輸送式，輸送帶在工作時，運行和停止不斷地交替。每隔一段時間，所有工件同時向下一個工位移動。運行的時間和停止的時間都是一定的。
2．負載性質
在傳輸過程中，負載阻轉矩的大小不變，屬于恒轉矩負載。
3．主要工位
有：灌裝、加蓋、貼標簽等，如圖6-3 所示。
6.2.1.2 電動機特點
1．主要數據
額定容量PMN=5.5 ｋＷ，額定轉速nMN=960r∕min。
2．類型及工作特點
由于要求輸送帶在轉換工位時必須準確停住，不允許出現滑動。因此，采用YEJ 系列電磁制動電動機，其基本電路和工作特點如圖6-4 所示。電磁制動電動機的電路是在內部已經接好了的，如圖6-4（a）所示。
因為電磁鐵的繞組MB 是一個大電感，當電源電壓為正半周時，電源通過VD1 向線圈MB 提供電流，當電源電壓為負半周時，電源不再提供電流，而是由線圈的自感電動勢使電流通過VD2 繼續流動，VD2 稱為續流二極管。RP1 是壓敏電阻，是防止在續流二極管電路一旦發生接觸不良等故障時，用于保護線圈的。線圈電流的波形如圖6-4（b）所示。
6.2.2 變頻改造要點
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有嚴重過載的情形，因此，可選與5.5kW 電動機相配的變頻器：SN ＝ 8.5kVA，IN ＝14.2A。用戶選購了艾默生公司的TD3000 系列變頻器。
2．變頻器的型號
由于飲料灌裝輸送帶在起動時，靜磨擦力較大，需要較大的起動轉矩。因此，以選用具有無反饋矢量控制方式的變頻器為宜。又由于在運行過程中負載變化和調速范圍均不大，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 變頻器與制動器的配合
1．制動器的電源
制動器在出廠時是和電動機共電源的。但變頻器的輸出電壓是隨頻率而變的，所以，原來的制動器和電動機共電源的聯接線不能再用，必須通過單獨的接觸器與電源相接，如圖6-6 所示。
2．電動機的起動和停止
（1）起動
電動機起動時，首先要使制動器通電，把抱閘松開。在抱閘剛松開的瞬間，傳動軸常有轉動，引起傳輸帶的蠕動，影響定位精度。為此，需預置“起動前的直流制動”，以保證傳輸帶在原位開始移動。制動器的松開時間一般在0.6s 以內，故起動前直流制動的時間可預置為1s，如圖6-5中之t1 所示。直流制動結束時，電動機將從起動頻率fS 開
1．變頻器的通電
由按鈕開關SB1、SB2 通過接觸器KM 而進行控制。
2．制動器的通電
制動器的通電必須和電動機起動相配合，就是說，如果電動機不起動，制動器就不能通電。
3．電動機起動
電動機起動由繼電器KA 接通變頻器的FWD 端子來控制。變頻器在得到起動指令后，首先執行起動前的直流制動。與此同時，KM2 得電，制動器開始松開。由于制動器的松開過程是在電動機尚未旋轉的過程中進行的，不存在磨擦片的磨損問題，延長了制動器的壽命。
4．轉速調節
通過電位器RP 進行無級調速。
5．電動機停止
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；另一方面，KM2失電，制動器失電，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 變頻器主要功能預置
（與出廠設定相同者不再預置）
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行控制。
2．輸入電動機的銘牌數據
F1.01 ＝ 5.5— 電動機額定功率為5.5kW；
F1.03 ＝ 380— 電動機額定電壓為380V；
F1.04 ＝ 12.6— 電動機額定電流為12.6A；
F1.05 ＝ 960— 電動機額定轉速為960r∕min。
3．預置電動機的自動測試功能
F1.09 ＝1—允許自動測試（說明書中為“自動調諧”）；
F1.10 ＝ 1— 選擇通過RUN（運行）鍵進行自動測試的功能。
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— 升速時間選擇5s；
F0.11 ＝ 5.0— 降速時間選擇5s。
5．程序控制功能
F8.00 ＝ 2— 選擇連續循環方式；
F2.24 ＝ 45.00— 第1 檔工作頻率為45Hz；
F2.02 ＝ 0— 正方向旋轉；
F8.03 ＝ 20— 工位轉換時間為20s；
F2.25 ＝ 10.00— 第2 檔工作頻率為10 Hz；
F8.04 ＝ 0— 正方向旋轉，升速時間的預置如上述；
F2.26 ＝ 0.00— 第3 檔工作頻率為0 Hz；
F8.06 ＝ 0— 正方向旋轉，升速時間的預置如上述；
F8.07 ＝ 30— 停機加工時間為30s。
6.3 車床的變頻改造
6.3.1 普通車床的大致構造與負載性質
6.3.1.1 大致構造
如圖6-7 所示，主要部件有：
6.3.1.3 主拖動系統的阻轉矩
6.3.2.1 原拖動系統概況
1. 頭架
用于固定工件并帶動工件旋轉。內藏齒輪箱，是主要的傳動機構之一。
2. 尾架
用于頂住較長的工件，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 拖動系統
普通車床的拖動系統主要包括以下兩種運動：
1. 主運動
工件的旋轉運動為普通車床的主運動，帶動工件旋轉的拖動系統為主拖動系統。主拖動系統由主電動機、皮帶和帶輪以及頭架中的齒輪箱構成，如圖6-8（a）所示。轉速的調節是通過改變頭架上手柄⑤的位置，從而改變齒輪箱內的齒輪組合來進行的。工件旋轉方向的改變也是通過機械手段來實現的。因此，電動機的控制電路十分簡單，如圖（b）所示。
2. 進給運動
主要是刀架的移動。由于在車削螺紋時，刀架的移動速度必須和工件的旋轉速度嚴格配合，故中小型車床的進給運動通常由主電動機經進給傳動鏈而拖動的，并無獨立的進給拖動系統。
6.3.1.3 主拖動系統的阻轉矩
1．阻轉矩的構成
主拖動系統的負載轉矩就是工件在切削過程中形成的阻轉矩。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和切削面積，切削面積由切削深度和走刀量決定。而切削轉矩則取決于切削力和工件回轉半徑的乘積，如圖6-9（a）所示：
6.3.1.4 主拖動系統的機械特性
1．低速段
由于允許的最大進刀量以及工件的最大直徑都是相同的，故負載轉矩也相同，屬于恒轉矩性質，機械特性如圖6-9b）中之線段①所示。
2．高速段
轉速升高后，由于受刀具強度以及床身機械強度和振動等的影響，繼續保持較大的切削轉矩將可能損壞刀具和床身。因此，速度越高，允許的最大進刀量越小，但切削功率則保持不變，其機械特性具有恒功率性質，如圖6-9b中之曲線②所示。
3．計算轉速
恒轉矩區和恒功率區的分界轉速，稱為計算轉速，用nD 表示。關于計算轉速大小的規定大致如下：一般規定：從最低速起，以全部級數的三分之一的最高速作為計算轉速。
6.3.2 變頻調速的改造實例
某廠的意大利產SAG 型精密車床，調速時，齒輪的組合（轉速換檔）是通過四個電磁離合器的狀態來改變的。由于電磁離合器的損壞率較高，國內無配件，進口件又十分昂貴，故考慮改用變頻調速。具體情況如下：
6.3.2.1 原拖動系統概況
1．轉速檔次
主運動原有八檔轉速：75、120、200、300、500、800、1200、2000r∕min。
2．電動機的主要額定數據
3．調速方式
由手柄的八個位置來控制四個電磁離合器的分與合，得到齒輪的八種組合，從而得到八檔轉速。
6.3.2.2 主要計算數據
1．負載側數據
2．電動機側數據
2．電動機側數據
3．用戶要求
（1）盡可能不更換電動機；
（2）在高速區，過載能力不低于1.5；
（3）根據電動機輸出軸的實際情況，不希望增加轉速
反饋裝置；
（4）轉速檔次及控制方式不變，即仍由手柄的八個位置來控制八檔轉速。
6.3.3 變頻改造的計算
6.3.3.1 變頻方案的初探
1．頻率范圍
（1）最高工作頻率
通用電動機的工作頻率不宜超過額定頻率的2 倍，故：
3．帶負載能力的校核
（1）低速時
圖6-11 中，曲線①是負載恒轉矩段的機械特性；曲線②是負載恒功率段的機械特性；曲線③是電動機在額定頻率時的有效轉矩線；曲線④是電動機在額定頻率以上時的有效轉矩線。由圖可知，在800 r ∕ min 以下各檔，電動機都將帶不動負載。
4．解決辦法
要想在低頻時能帶動負載，只有兩種辦法：
即，電動機的容量必須加大3 倍多，電動機的機座將增大很多，無法安裝。
6.3.3.2 兩擋傳動比方案的思考
由于車床對轉速的調節，只在停機時進行，在車削過程中并不調速。因此，可考慮將傳動比分為兩檔。
負載恒功率段的機械特性；曲線③是低速檔電動機在額定
頻率以下的有效轉矩線；曲線④是低速檔電動機在額定頻
率以上時的有效轉矩線；曲線⑤是高速檔電動機在額定頻
率以下的有效轉矩線；曲線是⑥高速檔電動機在額定頻率以上時的有效轉矩線。
由圖知，所需電動機容量與面積OA’D’B’成正比，與負載功率（負載功率與面積OADB 成正比）十分接近。
3．低速檔的頻率范圍
（1）確定中間轉速
因為nL≤300r∕min 為恒轉矩區，所以，在低速檔，電動機的額定頻率與第4 檔轉速（300r ∕ min）相對應。則：
∵ 第6 檔轉速（800r ∕ min）與第4 檔轉速的比值為
（800∕300）＝ 2.7，對應的工作頻率達50×2.7 ＝ 135 Hz，
普通電動機不適宜在這樣高的頻率下長期運行。
6.3.3.3 確定傳動比
1．拖動系統的工作區
綜合上述，拖動系統的工作區如表6-2 所示。
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