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变频器在挤出机上的应用

多数螺杆挤出机一般是由直流电机驱动,但近几年来,交流电机调速以其技术和成本上的优势,而得到了越来越多的应用。 

挤出机的直流驱动 

螺杆挤出机的结构如图1所示。塑料粒料从漏斗喂入后被加热塑化,经螺杆旋转推向挤出机的出口,由挤出模头决定最终的产品形状。常见的单螺杆挤出机的典型螺杆转速约100 r/min,而混料用双螺杆挤出机的典型转速为200~500r/min,用于型材挤出的低速双螺杆挤出机的转速通常为10~40r/min。 

传统挤出机所采用的直流电机需要定期更换电刷,并且其对恶劣环境的耐受能力较差,有时还需要独立干净的冷却空气。在日常使用中,直流电机的典型故障包括电刷打火、电枢变色、散热不足、剧烈噪声和振动等,使其日常维护保养费比交流电机高,同时其造价也更高。 
 
图1 螺杆挤出机结构
挤出机的交流驱动 

几年前,交流驱动还不能提供类似直流驱动的优异性能,而且价格昂贵。但随着近年来功率电子器件和微处理器技术的快速发展、交流控制理论的提出以及交流控制软件的完善,使交流驱动技术在很多应用领域比直流驱动有了更佳的成本效益。例如,丹佛斯FC302系列变频器应用于挤出机,具有比直流驱动更好的转速控制性能和转矩响应速度,其中,开环转速控制精度优于0.5%,闭环转速控制精度优于0.1%。 

由于挤出机的起动转矩可能达到其运行转矩的200%~250%,比丹佛斯FC300系列变频器最大的180%起动转矩值高,因此,一种解决办法是选择功率较大的驱动器,另一种办法是,使设备额定转速工作于交流电机恒功率区域(因为挤出机全速时的负载转矩并不需要电机的额定转距)。 
 
图2 工作于恒功率区域示意
当采用使设备额定转速工作于交流电机恒功率区域的方法时(如图2所示),可通过适当选取减速比,令电机的一般工作速度为70Hz,此时,负载转矩为T负载,按理论计算电机的额定转矩为: 
 
则电机最大转矩为: 
 
这样就能够满足挤出机的起动转矩要求。否则,如果按传统的选型办法,选择电机一般工作速度为50Hz,为满足250%的最大起动转矩要求,就必须选择功率为原来1.4倍的电机和驱动器。 

使用交流驱动器的优点 

1.提高效率 

使用丹佛斯FC300交流驱动系统后,可比同功率的直流驱动系统的效率高5%左右。同时,由于交流电机的效率比直流电机高,FC300驱动器可保证电机输出性能优异而不会发生过热。一般,工厂里挤出机的能耗占总生产能耗的相当大的比例,而丹佛斯FC300驱动器的输入谐波电流比直流驱动器及其他通用变频器都小,保证总输入功率因数大于0.9,因此无需放大工厂供电变压器和电缆的容量。 

2.提高防护等级 

一般,挤出机常在高温或含腐蚀性气体的恶劣环境下工作,对此,直流电机防护等级较低,而交流电机的防护等级相对较高,使得用于恶劣环境的设备维护成本大大降低。 

FC302变频器应用于挤出机的优点 

丹佛斯FC302驱动器内置电机反馈编码器接口,内建转速闭环磁场定向磁通矢量控制功能。通过独特的静止电机自适应,能精确测出各种电机的电气参数。FC302的内建电机模型和电流检测非常精确,电流被解耦为转矩电流和励磁电流,矢量控制理论先进,系统运算能力极强,内部运算循环时间只有1ms,因此能快速检测、控制和补偿负载转矩。FC302驱动器磁通矢量控制建立160%输出转矩只需约3ms,比通用变频器快1~2个数量级(如图3所示)。 
 
图3 FC302的转矩响应速度
当应用于挤出机时,FC302驱动器具有如下优点:高转速精度和低转速脉动,即使在低速运行和零速时也是如此;伺服级的响应速度,适用于负载转矩变化剧烈的挤出机;优异的转矩限制功能,从零速直到恒功率控制区域,都能平滑地从转矩限制模式切换到转速控制模式,反之亦然;适用于各种特性的异步电机和永磁同步伺服电机;通过转矩限制功能提供螺杆保护;过转矩能力强等。标准的FC300驱动器集成了许多通用变频器需要外置的附件,如直流电抗器、RFI滤波器、通讯卡和屏蔽电缆夹等,能大大节省安装空间,并降低成本。
产品基本参数:
1、系列型号:WSD-E90GH—T4、WSD-E9GH-T4
2、适用功率段:5.5KW~500KW
3、电压等级:380V、660V、1140V
4、包装:专用木箱、随箱带说明书、保修卡
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