复卷机退纸辊电机的工作特性分析与选择.doc

复卷机退纸辊电机的工作特性分析与选择1引言由于直流电机磁场和转矩自然正交，从控制的角度易于实现调速，并且直流电机的制造与直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。然而，直流电机需要换向机构，对电机的容量有很大的限制，此外直流电机是饶线式转子，转子在高速转动时电机的机械强度受到威胁，对转速的提高也是很大的限制。因而可靠性降低，维护量大，耗费较大的后续资金。随着电力电子技术的发展，交流调速系统也可达到很高的性能特别是矢量控制交流变压变频调速系统，通过坐标变换实现磁场与转矩的完全解藕把异步电动机等效成直流电机，在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美，且交流电机本身具有可靠性高、维护量少等优点，交流调速系统在许多应用领域具有明显优势，但对于退纸电机的工作特性，直流和交流存在优化选择问题。2退纸辊负载特性分析虽然在车速处理上退纸辊的线速度等于后底辊的线速度,但实际上从产生张力的角度两者的线速度是必然不相等的,由下面的张力公式也能得到左证,设前后底辊的线速度为V2,退纸辊的线速度为V1,如图1所示图1复卷机工作示意图张力公式：其中S为纸张的截面积；L为后底辊与退纸辊两传动点之间的距离；Y为纸张的弹性模量。由上式可知，由于后底辊线速度V2恒定，要使得张力恒定，必须使退纸辊的线速度恒定,根据V=πdn，所以必须使电机转速(d为退纸辊带纸直径)，即（M为电机电磁转矩）,可见复卷机的负载特性为恒功率负载特性。本文将以实际复卷机工艺技术参数为例做电机参数计算的有关讨论：复卷机主要技术参数：幅宽：3840mm最高工作车速：1800m/min引纸车速：<25m/min纸幅张力：800N/m原纸卷最大卷径：2800mm原纸轴直径：464mm由以上数据可以计算出以下相关数据：(a)最高（退纸轴）转速：name=V/πdmin=1800/(π*0.464)=1235.45r/m(b)最低（退纸轴）转速：nmin=V/πdmax=1800/(π*2.8)=204.73r/m(c)调速范围：D=nmax/nmin=1235.45/204.73=6.03退纸辊为直流电机的容量及运行状态分析3.1直流电机运行状态分析在直流电机驱动的下引纸复卷机中，对退纸辊电机的控制是纸幅张力控制的关键环节。在纸幅张力和工作车速一定的情况下，退纸辊电机输出功率一定，但转矩随着放纸辊卷径的减小而减小。设纸幅张力为F,线速度为v,电机感应电动势为E,电枢电流为I,在忽略机械摩擦损耗的条件下，有公式：F=EI/V=CeφnI/V--1其中：Ce——电机常数φ——磁通量n——电机转速随着复卷的进行，放纸卷的直径越来越小，电机转速越来越快。为了保证张力恒定，需要使得--1式的分子项为恒值。有两种情况：:当电机的转速未能达到额定转速时，为了保证电机的输出转矩足够大，电机的磁通为满磁，φ为恒值，所以在这种情况下应使转速与电流的乘积为恒值，调整的变量为电枢电流；另一种情况是当转速达到额定值后，只能通过弱磁调速进一步提升转速，此时应保证电流为恒值，而通过调整励磁使得磁通φ与转速的乘积为恒值。现实中上述第一种情况一般普遍存在，其原因主要是考虑到成本因素，设备制造厂家经常选用通用型直流电机，而通用型电机并没有足够宽的弱磁调速范围，所以必然有一段工作过程是处在满磁状态下，即上述的第一种情况。3.2直流电机的容量计算在考虑电机容量时通常是按照退纸辊电机的电磁功率等于纸幅负载功率的思路来计算的，但在选择电机功率后还必须校核张力的大小以及转速范围，最终确定电机容量。以下为计算举例：•容量计算(a)纸幅张力：F=3.84*800=3072N(b)张力功率：PF=FV=3072*1800/60=92.16KW(c)动态补偿功率：根据经验，在加减速时间短,变化速率快时,动态补偿力矩可以达到张力力矩的40％左右,为了留有一定的余量，取50％,则P动=PF*0.5=46.08KW(d)退纸辊总功率：不考虑减速比对转矩的影响，则P=（P+P动）=46+92=138KW对应标称功率初选132KW，500-1500rpm电机•张力校核计算效验电机的转矩是否满足最大转矩的要求。负载最大张力转矩：忽略损耗、摩擦等因素负载转矩最大值Mmax=dmaxF/2=1.4*3072=4300NM--2其中，dmax为负载最大直径既退纸工作的起始直径；电磁转矩：按普通1：3弱磁调速范围选择电机以额定转速500rpm计算，则电机的额定转矩Me=P/Ωe--3=60P/ne6.28=9.55P/ne(NM)=1