淺談冷軋機電氣控制中的張力控制

彭湘建

摘要：在卷材卷取與開卷的時候，隨著卷徑的變化，其張力也將隨之發生變化，為冷軋機的正常運行造成不利影響。本文主要闡述了冷軋機生產過程中張力波動的影響因素，以及張力控制的基本原理和張力的基本概念等，希望通過本文的研究為冷軋機生產過程中的張力控制提供有益的借鑒。

關鍵詞：冷軋機；電氣控制；張力控制

一、冷軋機運行過程中張力控制的意義

在冷軋機正常運轉的過程中，對張力進行有效控制具有非常重要的意義。

（一）降低電機負荷

在冷軋機正常運轉的過程中，卷材變形區的應力狀態受到張力變化的影響也將發生相應的變化，使卷材的縱向壓應力降低，從而降低了卷材的變形抗力和軋制壓力，使冷軋機運轉能耗大幅降低。在冷軋機正常運轉過程中，前后張力均會改變冷軋機的軋制力矩，當前張力大于后張力的時候，道次的加工率將會增大，主電機的負荷也將會降低。

（二）有效控制基材厚度

根據彈跳方程軋出厚度H=軋輥輥縫S+軋制壓力P/剛度系數K，冷軋機軋出厚度與軋制壓力存在著直接關系，因此，通過改變軋制壓力的辦法可以有效高速軋出厚度，而軋制壓力的改變又可以通過對張力的控制來實現，因此通過對冷軋機張力的控制可以有效控制基材的厚度。

（三）防止基材跑偏

影響帶材生產穩定性的因素非常多，如設備的精密度、基材的均勻程度、設備運轉的穩定性等。由于冷軋機受到各種不利因素的影響，將會產生一系列的問題，其中最為常見的問題是冷軋機運行過程中的帶材跑偏。針對帶材跑偏問題，目前較為常用的解決措施主要是增加偏導輥和開卷對中等措施，而這兩種措施的局限性非常的明顯。而通過對張力值的適當調節，保持張力的穩定性，對冷軋機的跑偏問題進行調整，具有無時滯、反應迅速的特點，是一種非常有效的調整方法。

（四）有效控制成品尺寸

帶材的板形與尺寸是對帶材質量進行衡量的一項重要指標，其產生的主要原因是帶材的殘余應力超過了允許拉應力，因此可以通過對冷軋機張力的控制，保持張力的穩定，保證沿帶材寬度方向上的拉力低于允許拉應力，從而保持帶材的板形和尺寸。

二、造成張力波動的主要原因

當來料厚度變小時，軋制力也相應的變小；當來料厚度變大時，軋制力則相應的變大。所以坯料厚度出現波動，軋制出的帶材厚度也會產生相應的波動。另外軋機軋制速度也會造成冷軋機張力的波動。當冷軋機的軋制速度發生變化時，帶材與工作輥之間的摩擦力也將發生較大的變化，并進而影響到冷軋機的張力波動。卷料直徑的變化和帶材線速度的變化，以及設備機械損耗、機械傳動系統轉動慣性的變化均會影響到冷軋機張力的波動。

三、有效控制張力的基本方法

冷軋機張力控制的基本方法主要有直接張力控制和間接張力控制兩種。

（一）直接控制法

直接張力控制具有張力穩定、投資小的特點，但是采用直接張力控制的方法也具有操作不方便、高速時發熱嚴重、調節精度低的缺陷，通常用于速度較低、張力精度要求較低的小型生產線。其工作原理為通過對安裝在設備上的磁粉制動器線圈電流的控制或通過對安裝在設備上的摩擦輪對摩擦墊的壓力的控制直接形成設備所需的張力。

（二）比例控制法

比例控制法又稱為間接張力控制法，其工作原理是通過對與張力相關的電氣量的控制實現對張力的控制。比例控制系統由磁場控制和電樞電流控制兩個獨立的部分組成。卷取機傳動機構如下圖所示：

卷取機傳動機構圖

其中電動機的轉矩計算公式為：

MD=CmIa=TD2i+M0±Md

其中MD表示電動機的轉矩；Cm代表電動機的機構常數；T代表張力；D代表卷材料卷的直徑；i代表減速機的減速比；代表電動機磁通；Ia代表電動機電樞電流；M0為電動機空轉時的轉矩；Md代表電動機運轉速度增加與降低時的動態轉矩。

根據上式我們可以推導出張力T的計算公式：

T=2CmiIaD=KmIaD

由上式可以看出，通過使Ia正比D/而變化或維持Ia等于常數，同時使/D等于常數均能維持張力T的恒定。

通過前面的分析我們可以看出：磁場控制部分的工作原理是通過對電動機勵磁電流的調節，使磁通與卷材料卷D之間呈正比變化，從而保持/D比值的恒定；電樞電流控制部分的工作原理是通過對電動機電樞電壓的調節維持Ia的恒定。

由于電樞電阻R的值很小，所以當電勢量E和電樞電壓μ發生變化時，即使變化量很細微，電樞電流Ia也會發生較大的變化，因此通過電樞電流控制部分是主要的，磁場控制部分的變化較慢，通常應用于卷徑D發生變化的情況。

比例控制法具有易于搭建控制系統、結構簡單的優點，同時其缺點也十分明顯，當系統不在最大卷徑下工作時，電機一直在弱磁狀態運轉，不能充分發揮出電機的效率；而當卷徑發生較大的變化時，弱磁倍數增加，提高了對電機的要求，不利于設備的選型。

（三）動態補償法

當采用間接張力控制法時，保證張力控制的準確性是非常重要的。為了對張力控制的準確性給予保障，對冷軋機本身固有的摩擦力和其在運轉速度變化過程中的轉動慣量對轉矩所造成的影響加以充分的考慮是非常必要的，在實際應用的過程中，動態轉矩和空載轉矩是不容忽視的，為了保證冷軋機卷繞過程中的張力恒定，需要從冷軋機電動機的空載補償電流、動態補償電流和張力電流三個部分對電動機的電流進行有效控制。

參考文獻：

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