变频器在报纸印刷机上的应用

    报纸印刷机在业内称为“轮转机”，是现代化的印刷机械，其特点是能高速印刷，自动化程度高，除可印刷外，还具有自动剪裁和折页功能。此外，还有多台电动机协同传动和印刷套色等问题。故轮转机是一种技术含量十分高的生产机械。

    近年来，轮转机的电力拖动技术有了很大的发展。从最初用直流电动机拖动发展到今天用笼型异步电动机的交流变频调速拖动。

    一、轮转机电力拖动发展概况

    早期的轮转机交流拖动是用绕线式异步电动机转子串电阻调速。控制方面则全部用继电接触器方式，这种传动方式的缺点是能量损耗大，维修工作量大。

    进入直流调速时代后，调速平滑且调速范围增大。所采用的控制方式多是SCR直流调压调速。由于一台轮转机有多台电动机驱动，用直流调速后，对各台电动机转矩平衡的调节比较方便。

   20世纪60年代起SCR变频器曾在纺织机械上推广过，由于可以采用笼型异步电动机，故受到用户的欢迎。但这种简单的开环控制尚不能满足轮转机高难度控制的要求。

   20世纪70年代中期，数字技术的进步及矢量控制实用化，使变频调速的性能达到直流凋速的要求，在轮转机上的应用指日可待。但轮转机械结构上有一个特别之处，即电动机两个轴端均与机械相连，故速度传感器无法安装。因而，有速度传感器矢量控制方案一时还不能在轮转机应用。

    直到无速度传感器矢量控制变频器实用化后，轮转机进入全交流化的时代，轮转机控制性能提高，电动机的维修量减轻。故从20世纪80年代开始，新增的轮转机几乎全部用无速度传感器矢量控制变频器。最近由于传感技术的发展，轮转机电动机两轴侧也可安置特殊的传感器，故有速度传感器的矢量控制变频器也可用于轮转机。

    二、变频器在轮转市几上的应用项目

   2.1  单机运行

    一台轮转机往往有多个单元，如印刷单元、换版单元、折纸单元等。当换纸、换版时，印刷单元应当低速运转。旧型轮转机此时需用换接一台电动机来驱动；而现在由于电动机调速范围很宽，可以用一台主电动机同时驱动。

   2.2  自动连接

    纸张的翻页和印刷单元起动之间需密切配合，在印刷上的专用术语称为“印刷相位同步”。低档次印刷机一般可由操作工或专用电动机使机械轴超低速运转，让其工位合适。但现在由于主电动机有超宽的调速范围，故可由主电动机担任此项工作。

   2.3  伺服锁住功能

    轮转机在停转时，为防止反向微移动（特别是彩色套印），往往采用机械制动锁住防止滑移，并保持零速。现在则利用交频器的伺服锁住功能，使印辊瞬间停止。

    三、轮转机变频器的规格

   3.1  调速范围

    大型高速印报轮转机的最高印刷速度为15万份/h（此时纸速为700m/min)，印筒的圆周速度达7.5m/min，调速范围为1：90。在控制性能方面，彩色套印时要求速度响应快，并有稳定的低速。图13-1表示套印时的电动机点动特性。系统采用无速度传感器矢量控制变频器。此时版轴速度极低，为7r/min（相当于最高速度的1.12%）。由图可见，系统取得了跟随指令速度的稳定转速。

    图13-1    套印时的低速点动特性

   3.2  加减速特性

    要求起动时以印刷速度的1/5~1/4低速调整印刷面的浓淡、色彩配合，一旦确认正确就增速运行。以后要求速度平稳无波动，因为速度急剧变化，会对纸面光洁产生不良影响。故速度指令与电梯起动一样采用S形加速曲线，如图13-2所示。

    由图可见，加速完毕后速度的波动只有0.625r/min（为最高速的0.1%）。

    此外，应保证在纸张产生断裂时的急减速能力。一旦在全速运行时发生断纸，轮转机必须急停，采取能耗和再生制动的方法，将产生的机械动能消耗。

    图13-2    速度特性图

   3.3  轴向传动方式的转矩平衡控制

    如前所述，现代轮转机和印刷单元均设有电动机单独传动，以保证每页的印刷和色彩的质量。各电动机的轴之间通过齿轮和联轴器连接以模拟一个机械硬性连接的轴向传动。这样，各个电动机的控制目的不单纯是速度而是转矩控制，其目的是使各电动机轴上的负荷转矩平衡。

    四、轮转市几的拖动系统举例

    轮转机拖动系统的结构如图13-3所示。运转模式分为连接运转和单独运转两类。当连接运转时，在横轴上设置一台速度传感器对整个系统的速度进行控制。各台电动机接受由主数字控制器（微机控制）发出的转矩指令，控制多台电动机负荷均衡。当进入单独运转方式时，即将横轴连接分开，各台电动机由单独的指令分别进行调速。轮转机上不仅主机用变频调速，其他辅助机械，如供给油墨的装置也用变频调速。一台现代轮转机往往有不止一台变频器，有的甚至多达十数台。

    图13-3    轮转机拖动系统的结构