变频器V/F控制在钢筋弯曲机上的应用

摘要：钢筋弯曲机，钢筋加工机械之一。工作机构是一个在垂直（水平）轴上旋转的水平（垂直）工作圆盘，把钢筋置于图一中虚线位置，支承销轴固定在机床上，中心销轴和压弯销轴装在工作圆盘上，圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋，在工作盘上有几个孔，用以插压弯销轴，也可相应地更换不同直径的中心销轴。钢筋弯曲需要精确控制弯曲的角度，因此调速系统是必须具备，且有正反向弯曲的需要时，变频器调试也能更好的响应。实际工作中涉及到弯曲扭矩问题，该论文主要解决变频调速时，扭矩不足问题。将V/F控制的优势发挥到极限，从而优化整套系统的配置，保证成本低的前提下，系统能够可靠稳定长期运行。

关键词：弯曲机;V/F;变频器;扭矩

钢筋弯曲机属于一种对钢筋弯曲机结构的改进。本实用新型包括减速机、大齿轮、小齿轮、弯曲盘面，其特征在于结构中：双级制动电机与减速机直联作一级减速;小齿轮与大齿轮啮合作二级减速;大齿轮始终带动弯曲盘面旋转;弯曲盘面上设置有中心轴孔和若干弯曲轴孔;工作台面的定位方杠上分别设置有若干定位轴孔。由于双级制动电机与减速机直联作一级减速，输入、输出转数比准确，弯曲速度稳定、准确，且可利用电气自动控制变换速度，制动器可保证弯曲角度。利用电机的正反转，对钢筋进行双向弯曲。中心轴可替换，便于维修。可以采用智能化控制。1

全自动调直切断弯曲一体机上，每台有5 个弯曲机组成，单个弯曲机分别由电机、齿轮箱、弯曲部分组成。其中分别定义为1、2、3、4、5号机。相邻号机之间的距离可调，可以方便的根据尺寸调整号机位置。电机功率均为1.5kW，齿轮箱速比约为70：1，其中2、3、4号机由于直接给定工频，动作时间会非常短;2、3、4号机处钢筋较长，有很大的危险性，因此使用变频器拖动。2、4号动作时间要求较短，加速时间为0.5或 1S，目标频率为15Hz，能够平稳快速的弯曲钢筋。弯一体机上，每台弯曲机有5 个弯曲动作部分，分别由电机、齿轮箱、弯曲部分组成。其中分别定义为1、2、3、4、5号机。相邻号机之间的距离可调，可以方便的根据需要调整号机位置。变频器为1.5kW重载变频器，要求折三根φ16，三级钢筋。

单个号机的弯曲原理类似图一;目前弯曲机的方向大多都是由下向上，因为由上向下的有时受到下部空间的限制，而无法弯折较长钢筋。工作时首先将钢筋放入工作槽内，脚踏下启动开关，中心销轴由气动缸推出。支承轴销由另一气动缸推动，从而与中心销轴共同加紧钢筋，防止串动。之后压弯销轴随着齿轮箱的工作圆盘一起转动，弯曲钢筋。到达位置后，变频器停止，之后由PLC给定快速反转信号，到达起始位置后停下，准备下次弯折。

变频器拖动的1、5号弯曲机的一个工作周期包括：弯曲和返回两个部分。其中弯曲时要求加速时间短，工作频率低，力矩大;返回时要求加速时间短，工作频率高，力矩小。那么变频器控制端子，只需接正转、反转+ 二段速即可，变频器启动信号的角度来说相对简单容易;

弯曲过程中要求力矩大，因此直接尝试使用矢量控制方式。修改变频器为重载模式，设置电机功率、电流、频率、额定转速等参数，对电机参数进行自测定（电机必须脱开齿轮箱测定）。并设定了基本的功能性參数。经过试机发现，在启动初期较好，也就是钢筋弯折30°角之前;在之后的角度弯折中存在前进一点，回来一点，再前进一点，再回来一点，且最后弯折不到90°（现象类似摆动）。此过程中变频器显示频率波动范围极大（目标频率为15Hz，实际会在6Hz到21Hz之间快速变化）。经过调整电机励磁电流为1.6时，前进后退的次数变的最少，大约5-6次左右，能完成一次弯曲。

经过多次参数调整，均无明显效果，依然存在摆动问题。电流均是从0.1A开始到1.8左右开始快速到达7.3A左右，之后不再大范围变化。1.5      kW电机的额定电流是3.7A;那么7.3A左右接近电机额定电流的两倍，电流决定扭矩，矢量控制的极限是电机的额定转矩的两倍;因此确定弯曲钢筋需要更大的扭矩输出，才能进行弯曲。在钢筋弯曲过程中，弯曲角度越大，需要的扭矩越大。

既然矢量控制行不通，因此尝试V/F控制方式，将变频器改为轻载模式，输出电流限制提高到150%，保证变频器的输出电流可以达到最大值。试机，发现电流可以上升，但是无法弯折钢筋，因此提高转矩补偿量，达到15%，钢筋前半程弯折顺利，但是达到60°后，依然折不动。因此采用任意V/F图形，从启动到额定15Hz均提高输出V/F曲线的电压。5Hz对应的电压正常为38V，提升到88V;15Hz对应的电压值为114V，提升到180V;经过多次测试，钢筋可以顺利完成弯折，且变频器不会报警，弯折过程平滑、稳定。客户非常满意。最终任意V/F图形如图二所示：

常规风机泵类为递减的V/F曲线，该曲线优点在于节能，大多数恒功率负载均可采用该曲线，但是对于特殊类型的风机泵类是不可取的，例如罗茨风机等恒扭矩负载;正比的V/F曲线，适用于恒扭矩负载，大多数机加工基本都属于该类型;而V/F任意曲线可根据需要适用于特殊场合，例如本论文所述应用;虽然V/F任意曲线是很久之前就有的功能，但是对于很多工程师来说，还需要根据实践摸索，方可学以致用。

参考文献：

[1]   国产钢筋弯曲机的技术现状与改良方向王良文;沈晓滨;潘春梅;唐维纲;张小辉郑州轻工业学院学报（自然科学版）2010-08-15

作者简介：

高洪良（1988-09），男，汉，黑龙江省讷河市，本科，电气主任，无，电气工程及其自动化;