變頻器在卷筒紙印刷機張力控制上的應用

卷筒紙印刷機的驅動方式已經擯棄主電機通過長軸帶動各機組運行的落后方式，改為用伺服電機獨立驅動各印刷機組的模式，采用變頻器控制的張力系統(見圖5)，不但使卷筒紙印刷機實現數字化，而且還節(jié)約了大量的資源。

3 變頻器控制張力的工作原理

卷筒紙印刷機在印刷過程中，紙帶的線速度保持不變，紙卷在不同的轉速下完成收放卷過程。為保證印刷質量，紙卷和印刷機組之間要保持一定的張力，才能保證印刷準確，不至于出現紙張松弛、斷裂和影響套印精度等的問題。

3.1 卷筒紙放卷過程

卷筒紙紙帶放卷過程的原理，實際上是一條螺旋升角為紙張厚度的阿基米德螺線，為計算簡單可以將紙卷近似看成若干同心圓，在放卷時，紙卷當前直徑可按式(1)計算(如圖6所示)。

D=D0-2nd (1)

式中：D為當前的卷徑;

D0為放卷為紙卷起始外徑(收卷時D0為紙心直徑，紙卷直徑D=D0+2nd);

n為紙帶層數;

d為紙帶厚度。

3.2 紙卷的轉速計算

放卷過程卷筒紙直徑不斷縮小，每一層紙張的轉速都在變化，但印刷過程的紙張行進的線速度基本固定不變，每層紙張的轉速可由式(2)求出(如圖7 所示)。

如果卷筒紙印刷機的印刷速度為40 000 張/h，每張印品裁切幅面為0.546 m，那么紙張的線速度為364 m/min。如果紙卷的起始直徑為D=1.2 m，其周長為3.14伊1.2 m=3.768 m，紙卷的第一層轉速為96 r/min。當紙卷放卷轉到紙心時，如果D=0.2 m時，其周長為3.14伊0.2=0.628 m，則最后一層的轉速為580 r/min。為保持一定的張力，紙卷的轉速應該滯后一些(如圖7所示)。

根據卷筒紙印刷機的實際印刷速度和紙卷外徑及內徑尺寸，可以計算出放卷到一定的直徑時的紙卷的轉速，從而得出如圖8 所示速度變化曲線圖，以此可作為變頻器調速變化設定的依據。

4 結語

目前，變頻器市場上已經出現用于張力控制系統的專用變頻器，變頻器廠家還提供了豐富的張力控制專用模塊，主要模塊包括卷徑計算模塊、張力錐度模塊、慣量力矩補償模塊、自動換卷模塊、斷帶檢測模塊等。這些配套模塊可以實現張力開環(huán)轉矩模式、張力閉環(huán)速度模式、張力閉環(huán)轉矩模式等控制方式。變頻器應用的產品除卷筒紙印刷機放卷張力控制以外，凹印機、表格機、分切機、復卷機的放卷和收卷張力控制系統也可以得到解決。