變頻器V/F控制在鋼筋彎曲機上的應用

摘要：鋼筋彎曲機，鋼筋加工機械之一。工作機構是一個在垂直（水平）軸上旋轉的水平（垂直）工作圓盤，把鋼筋置于圖一中虛線位置，支承銷軸固定在機床上，中心銷軸和壓彎銷軸裝在工作圓盤上，圓盤回轉時便將鋼筋彎曲。為了彎曲各種直徑的鋼筋，在工作盤上有幾個孔，用以插壓彎銷軸，也可相應地更換不同直徑的中心銷軸。鋼筋彎曲需要精確控制彎曲的角度，因此調速系統是必須具備，且有正反向彎曲的需要時，變頻器調試也能更好的響應。實際工作中涉及到彎曲扭矩問題，該論文主要解決變頻調速時，扭矩不足問題。將V/F控制的優勢發揮到極限，從而優化整套系統的配置，保證成本低的前提下，系統能夠可靠穩定長期運行。

關鍵詞：彎曲機;V/F;變頻器;扭矩

鋼筋彎曲機屬于一種對鋼筋彎曲機結構的改進。本實用新型包括減速機、大齒輪、小齒輪、彎曲盤面，其特征在于結構中：雙級制動電機與減速機直聯作一級減速;小齒輪與大齒輪嚙合作二級減速;大齒輪始終帶動彎曲盤面旋轉;彎曲盤面上設置有中心軸孔和若干彎曲軸孔;工作臺面的定位方杠上分別設置有若干定位軸孔。由于雙級制動電機與減速機直聯作一級減速，輸入、輸出轉數比準確，彎曲速度穩定、準確，且可利用電氣自動控制變換速度，制動器可保證彎曲角度。利用電機的正反轉，對鋼筋進行雙向彎曲。中心軸可替換，便于維修。可以采用智能化控制。1

全自動調直切斷彎曲一體機上，每臺有5 個彎曲機組成，單個彎曲機分別由電機、齒輪箱、彎曲部分組成。其中分別定義為1、2、3、4、5號機。相鄰號機之間的距離可調，可以方便的根據尺寸調整號機位置。電機功率均為1.5kW，齒輪箱速比約為70：1，其中2、3、4號機由于直接給定工頻，動作時間會非常短;2、3、4號機處鋼筋較長，有很大的危險性，因此使用變頻器拖動。2、4號動作時間要求較短，加速時間為0.5或 1S，目標頻率為15Hz，能夠平穩快速的彎曲鋼筋。彎一體機上，每臺彎曲機有5 個彎曲動作部分，分別由電機、齒輪箱、彎曲部分組成。其中分別定義為1、2、3、4、5號機。相鄰號機之間的距離可調，可以方便的根據需要調整號機位置。變頻器為1.5kW重載變頻器，要求折三根φ16，三級鋼筋。

單個號機的彎曲原理類似圖一;目前彎曲機的方向大多都是由下向上，因為由上向下的有時受到下部空間的限制，而無法彎折較長鋼筋。工作時首先將鋼筋放入工作槽內，腳踏下啟動開關，中心銷軸由氣動缸推出。支承軸銷由另一氣動缸推動，從而與中心銷軸共同加緊鋼筋，防止串動。之后壓彎銷軸隨著齒輪箱的工作圓盤一起轉動，彎曲鋼筋。到達位置后，變頻器停止，之后由PLC給定快速反轉信號，到達起始位置后停下，準備下次彎折。

變頻器拖動的1、5號彎曲機的一個工作周期包括：彎曲和返回兩個部分。其中彎曲時要求加速時間短，工作頻率低，力矩大;返回時要求加速時間短，工作頻率高，力矩小。那么變頻器控制端子，只需接正轉、反轉+ 二段速即可，變頻器啟動信號的角度來說相對簡單容易;

彎曲過程中要求力矩大，因此直接嘗試使用矢量控制方式。修改變頻器為重載模式，設置電機功率、電流、頻率、額定轉速等參數，對電機參數進行自測定（電機必須脫開齒輪箱測定）。并設定了基本的功能性參數。經過試機發現，在啟動初期較好，也就是鋼筋彎折30°角之前;在之后的角度彎折中存在前進一點，回來一點，再前進一點，再回來一點，且最后彎折不到90°（現象類似擺動）。此過程中變頻器顯示頻率波動范圍極大（目標頻率為15Hz，實際會在6Hz到21Hz之間快速變化）。經過調整電機勵磁電流為1.6時，前進后退的次數變的最少，大約5-6次左右，能完成一次彎曲。

經過多次參數調整，均無明顯效果，依然存在擺動問題。電流均是從0.1A開始到1.8左右開始快速到達7.3A左右，之后不再大范圍變化。1.5????? kW電機的額定電流是3.7A;那么7.3A左右接近電機額定電流的兩倍，電流決定扭矩，矢量控制的極限是電機的額定轉矩的兩倍;因此確定彎曲鋼筋需要更大的扭矩輸出，才能進行彎曲。在鋼筋彎曲過程中，彎曲角度越大，需要的扭矩越大。

既然矢量控制行不通，因此嘗試V/F控制方式，將變頻器改為輕載模式，輸出電流限制提高到150%，保證變頻器的輸出電流可以達到最大值。試機，發現電流可以上升，但是無法彎折鋼筋，因此提高轉矩補償量，達到15%，鋼筋前半程彎折順利，但是達到60°后，依然折不動。因此采用任意V/F圖形，從啟動到額定15Hz均提高輸出V/F曲線的電壓。5Hz對應的電壓正常為38V，提升到88V;15Hz對應的電壓值為114V，提升到180V;經過多次測試，鋼筋可以順利完成彎折，且變頻器不會報警，彎折過程平滑、穩定。客戶非常滿意。最終任意V/F圖形如圖二所示：

常規風機泵類為遞減的V/F曲線，該曲線優點在于節能，大多數恒功率負載均可采用該曲線，但是對于特殊類型的風機泵類是不可取的，例如羅茨風機等恒扭矩負載;正比的V/F曲線，適用于恒扭矩負載，大多數機加工基本都屬于該類型;而V/F任意曲線可根據需要適用于特殊場合，例如本論文所述應用;雖然V/F任意曲線是很久之前就有的功能，但是對于很多工程師來說，還需要根據實踐摸索，方可學以致用。

參考文獻：

[1]?? 國產鋼筋彎曲機的技術現狀與改良方向王良文;沈曉濱;潘春梅;唐維綱;張小輝鄭州輕工業學院學報（自然科學版）2010-08-15

作者簡介：

高洪良（1988-09），男，漢，黑龍江省訥河市，本科，電氣主任，無，電氣工程及其自動化;