在某造紙機傳動中，使用艾默生TD3000來進行張力控制（圖1所示），傳動電機M的張力實際值是位于它前面的張力傳感器的實際值。通過張力控制，能保證紙幅緊度、定量等準確。現利用艾默生TD3000的轉矩控制功能，通過檢測該處的張力情況，來控制傳動電機M的轉矩，從而形成一個張力閉環。電機M的轉矩增大，則紙幅拉緊，張力的實際值就會上升；相反，轉矩降低，則紙幅松垂，張力的實際值就下降。

圖1 張力控制

在操作中發現：造紙機生產400g/m²的紙張時，變頻器的張力控制穩定；但是在更換紙品至80 g/m²后，就經常出現變頻器E013故障，導致斷紙。

本文將主要討論的就是變頻器過載排查的基本步驟以及采用不同控制方式來解決變頻器過載故障。

通用變頻器過載的原因

電動機能夠旋轉，但運行電流超過了額定值，稱為過載。變頻器過載的基本特征是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流（否則就變成過流故障），而且過載是有一個時間的積累，當積累值達到時才報過載故障。變頻器過載的工作機制如圖2所示。

圖2 變頻器過載工作機制

根據變頻器的結構原理可以知道，變頻器過載發生的主要原因有以下幾點：

• 1) 機械負荷過重，其主要特征是電動機發熱，可從變頻器顯示屏上讀取運行電流來發現；
• 2) 三相電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，其特點是電動機發熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發現(因很多變頻器顯示屏只顯示一相電流)；
• 3) 誤動作，變頻器內部的電流檢測部分發生故障，檢測出的電流信號偏大，導致過載跳閘。

而對于變頻器過載故障的檢查方法和解決對策包括以下兩點：

1) 檢查電動機是否發熱，如果電動機的溫升不高，則首先應檢查變頻器的電子熱保護功能預置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應放寬電子熱保護功能的預置值。

如果電動機的溫升過高，而所出現的過載又屬于正常過載，則說明是電動機的負荷過重。這時，應考慮能否適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應加大電動機的容量。

2) 檢查電動機側三相電壓是否平衡，如果電動機側的三相電壓不平衡，則應再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如也不平衡，則問題在變頻器內部。如變頻器輸出端的電壓平衡，則問題在從變頻器到電動機之間的線路上，應檢查所有接線端的螺釘是否都已擰緊，如果在變頻器和電動機之間有接觸器或其它電器，則還應檢查有關電器的接線端是否都已擰緊，以及觸點的接觸狀況是否良好等。

造紙張力變頻器過載的排除

對于本次張力變頻器過載可以采用圖3的艾默生變頻器過載故障定位方式進行排除。由于造紙工藝發生改變，但是紙張的克重從400g/m²降至80 g/m²，顯然可以排除負載過大問題。

圖3 艾默生過載故障定位

因此，懷疑此次張力變頻器過載的原因出在變頻器參數上。根據設計圖紙發現：張力變頻器利用了直接轉矩控制功能，如圖4所示。

圖4 直接轉矩控制功能

在這里，紙幅張力的設定值為T設定，實際值為T實際，經過張力控制器(T-控制)的PID調節器后，直接進入TD3000變頻器的M－控制（即轉矩控制）模式。但是，變頻器的轉矩控制能順利進行，必須使得變頻器額定輸出轉矩相對比較大（如20％以上），這樣相對轉矩變化量就可以得到控制。

然而當紙幅克重一下子從400g/m²下降為80 g/m²后，變頻器的轉矩輸出也頓時下降，這樣一來轉矩控制的效果就大打折扣，加上TD3000的轉矩控制精度只有±5％（通用變頻器的轉矩控制精度本身就不如速度控制精度），就會出現轉矩“打噎”和“急加速或急減速”這樣兩極分化的顯現，最終出現E013變頻器過載。

由此可以看出，本案例的故障在于控制方式的選擇必須符合生產實際。因此，將“轉矩控制”切換“速度控制”，如圖5所示。

圖5 張力控制和速度控制

新控制方式通過張力實際情況來控制傳動電機M的速度，從而形成一個新的張力閉環。電機M的速度加快，則紙幅拉緊，張力的實際值就會上升；相反，速度降低，則紙幅松垂，張力的實際值就下降。經過張力控制器(T-控制)的PID調節器后，再乘以3％的偏移量，做為該傳動點速度設定值的一個組成部分。

原來傳動的速度設定值(V設定)加上該組成部分，就是速度環(V-控制)的輸入值，然后即可進行速度控制。在這里設置3％偏移量的目的就是通過傳動速度的改變而使張力得到有效的控制。

由于轉矩控制方式是在有速度傳感器矢量控制的方式下才能實現，因此只需要將轉矩控制消除就可以了，其他參數基本不變，包括電機參數辨識等。

F5.01：將“32”改為“0 ”，即無轉矩控制切換功能。

因為原來控制模式采用F3.06=0即轉矩控制條件有效，并通過多功能端子X1來切換，現在只需要將此功能取消即可。

在圖5的張力控制原理中，T-控制就是張力控制模塊的實現，包括自動和手動方式兩種來進行。張力控制模塊投運前需先檢測判定現在的張力實際值是否在可投運的范圍之內，否則就不能投運，此時按手動投運按鈕或自動投運信號為“1”時，即進入張力控制模塊的循環中。張力PID模塊的退出，它的條件為相關部位檢測到斷紙信號或按手動退出按鈕。

結束語

修改參數后，我們選取了其中的張力點進行測試（如圖6），其中橫坐標為時間，縱坐標為張力實際值的百分比。以斷紙時間開始（0S），一直處于紙幅斷裂狀態，則張力實際值一直為“0”；從44S開始進行引紙，隨著紙幅從半幅到全幅，張力實際值也逐漸快速上升并呈不規則波動；在98S時，進行變頻器速度控制（此時張力控制模塊進行投運），因為是PID控制，先出現明顯的超調和震蕩，然后超調量減少，最后張力的實際輸出值慢慢接近設定值（67%）。

當然，選取合適的參數值甚至再增加合適的回路，將會進一步減少超調量和震蕩周期，使紙幅的張力值穩定在允許的范圍之內。

圖6 修改參數后的張力變化情況

通過本案例最終發現：在轉矩控制時，變頻器的速度調節器不起任何作用，因此無法控制速度；當張力需要轉矩指令大于負載轉矩時，電機速度就會上升，而且指令越大，上升速度就會越快，這樣就會出現急加速狀態，從而導致變頻器過載故障。（編自《電氣技術》，作者為李方園。）