變頻器在擠出機(jī)上的應(yīng)用簡介

        多數(shù)螺桿擠出機(jī)一般是由直流電機(jī)驅(qū)動，但近幾年來，交流電機(jī)調(diào)速以其技術(shù)和成本上的優(yōu)勢，而得到了越來越多的應(yīng)用。

擠出機(jī)的直流驅(qū)動

        螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。塑料粒料從漏斗喂入后被加熱塑化，經(jīng)螺桿旋轉(zhuǎn)推向擠出機(jī)的出口，由擠出模頭決定zui終的產(chǎn)品形狀。常見的單螺桿擠出機(jī)的典型螺桿轉(zhuǎn)速約100 r/min，而混料用雙螺桿擠出機(jī)的典型轉(zhuǎn)速為200~500r/min，用于型材擠出的低速雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速通常為10~40r/min。

        傳統(tǒng)擠出機(jī)所采用的直流電機(jī)需要定期更換電刷，并且其對惡劣環(huán)境的耐受能力較差，有時還需要獨(dú)立干凈的冷卻空氣。在日常使用中，直流電機(jī)的典型故障包括電刷打火、電樞變色、散熱不足、劇烈噪聲和振動等，使其日常維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)比交流電機(jī)高，同時其造價也更高。

擠出機(jī)的交流驅(qū)動

        幾年前，交流驅(qū)動還不能提供類似直流驅(qū)動的優(yōu)異性能，而且價格昂貴。但隨著近年來功率電子器件和微處理器技術(shù)的快速發(fā)展、交流控制理論的提出以及交流控制軟件的完善，使交流驅(qū)動技術(shù)在很多應(yīng)用領(lǐng)域比直流驅(qū)動有了更佳的成本效益。例如，丹佛斯FC302系列變頻器應(yīng)用于擠出機(jī)，具有比直流驅(qū)動更好的轉(zhuǎn)速控制性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，其中，開環(huán)轉(zhuǎn)速控制精度優(yōu)于0.5%，閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制精度優(yōu)于0.1%。

        由于擠出機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩可能達(dá)到其運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的200%~250%，比丹佛斯FC300系列變頻器zui大的180%起動轉(zhuǎn)矩值高，因此，一種解決辦法是選擇功率較大的驅(qū)動器，另一種辦法是，使設(shè)備額定轉(zhuǎn)速工作于交流電機(jī)恒功率區(qū)域（因?yàn)閿D出機(jī)全速時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩并不需要電機(jī)的額定轉(zhuǎn)距）。

圖2  工作于恒功率區(qū)域示意

       當(dāng)采用使設(shè)備額定轉(zhuǎn)速工作于交流電機(jī)恒功率區(qū)域的方法時（如圖2所示），可通過適當(dāng)選取減速比，令電機(jī)的一般工作速度為70Hz，此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T負(fù)載，按理論計算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為：

 

        這樣就能夠滿足擠出機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩要求。否則，如果按傳統(tǒng)的選型辦法，選擇電機(jī)一般工作速度為50Hz，為滿足250%的zui大起動轉(zhuǎn)矩要求，就必須選擇功率為原來1.4倍的電機(jī)和驅(qū)動器。

使用交流驅(qū)動器的優(yōu)點(diǎn)

1.提率

        使用丹佛斯FC300交流驅(qū)動系統(tǒng)后，可比同功率的直流驅(qū)動系統(tǒng)的效率高5%左右。同時，由于交流電機(jī)的效率比直流電機(jī)高，F(xiàn)C300驅(qū)動器可保證電機(jī)輸出性能優(yōu)異而不會發(fā)生過熱。一般，工廠里擠出機(jī)的能耗占總生產(chǎn)能耗的相當(dāng)大的比例，而丹佛斯FC300驅(qū)動器的輸入諧波電流比直流驅(qū)動器及其他通用變頻器都小，保證總輸入功率因數(shù)大于0.9，因此無需放大工廠供電變壓器和電纜的容量。

2.提高防護(hù)等級

        一般，擠出機(jī)常在高溫或含腐蝕性氣體的惡劣環(huán)境下工作，對此，直流電機(jī)防護(hù)等級較低，而交流電機(jī)的防護(hù)等級相對較高，使得用于惡劣環(huán)境的設(shè)備維護(hù)成本大大降低。

FC302變頻器應(yīng)用于擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

        丹佛斯FC302驅(qū)動器內(nèi)置電機(jī)反饋編碼器接口，內(nèi)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)磁場定向磁通矢量控制功能。通過*的靜止電機(jī)自適應(yīng)，能測出各種電機(jī)的電氣參數(shù)。FC302的內(nèi)建電機(jī)模型和電流檢測非常，電流被解耦為轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流，矢量控制理論*，系統(tǒng)運(yùn)算能力*，內(nèi)部運(yùn)算循環(huán)時間只有1ms，因此能快速檢測、控制和補(bǔ)償負(fù)載轉(zhuǎn)矩。FC302驅(qū)動器磁通矢量控制建立160%輸出轉(zhuǎn)矩只需約3ms，比通用變頻器快1~2個數(shù)量級（如圖3所示）。

圖3  FC302的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度

        當(dāng)應(yīng)用于擠出機(jī)時，F(xiàn)C302驅(qū)動器具有如下優(yōu)點(diǎn)：高轉(zhuǎn)速精度和低轉(zhuǎn)速脈動，即使在低速運(yùn)行和零速時也是如此；伺服級的響應(yīng)速度，適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化劇烈的擠出機(jī)；優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩限制功能，從零速直到恒功率控制區(qū)域，都能平滑地從轉(zhuǎn)矩限制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，反之亦然；適用于各種特性的異步電機(jī)和永磁同步伺服電機(jī)；通過轉(zhuǎn)矩限制功能提供螺桿保護(hù)；過轉(zhuǎn)矩能力強(qiáng)等。標(biāo)準(zhǔn)的FC300驅(qū)動器集成了許多通用變頻器需要外置的附件，如直流電抗器、RFI濾波器、通訊卡和屏蔽電纜夾等，能大大節(jié)省安裝空間，并降低成本。