變頻器在擠出機上的應用簡介
多數螺桿擠出機一般是由直流電機驅動,但近幾年來,交流電機調速以其技術和成本上的優勢,而得到了越來越多的應用。
擠出機的直流驅動
螺桿擠出機的結構如圖1所示。塑料粒料從漏斗喂入后被加熱塑化,經螺桿旋轉推向擠出機的出口,由擠出模頭決定zui終的產品形狀。常見的單螺桿擠出機的典型螺桿轉速約100 r/min,而混料用雙螺桿擠出機的典型轉速為200~500r/min,用于型材擠出的低速雙螺桿擠出機的轉速通常為10~40r/min。
傳統擠出機所采用的直流電機需要定期更換電刷,并且其對惡劣環境的耐受能力較差,有時還需要獨立干凈的冷卻空氣。在日常使用中,直流電機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,使其日常維護保養費比交流電機高,同時其造價也更高。
擠出機的交流驅動
幾年前,交流驅動還不能提供類似直流驅動的優異性能,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的快速發展、交流控制理論的提出以及交流控制軟件的完善,使交流驅動技術在很多應用領域比直流驅動有了更佳的成本效益。例如,丹佛斯FC302系列變頻器應用于擠出機,具有比直流驅動更好的轉速控制性能和轉矩響應速度,其中,開環轉速控制精度優于0.5%,閉環轉速控制精度優于0.1%。
由于擠出機的起動轉矩可能達到其運行轉矩的200%~250%,比丹佛斯FC300系列變頻器zui大的180%起動轉矩值高,因此,一種解決辦法是選擇功率較大的驅動器,另一種辦法是,使設備額定轉速工作于交流電機恒功率區域(因為擠出機全速時的負載轉矩并不需要電機的額定轉距)。
圖2 工作于恒功率區域示意
當采用使設備額定轉速工作于交流電機恒功率區域的方法時(如圖2所示),可通過適當選取減速比,令電機的一般工作速度為70Hz,此時,負載轉矩為T負載,按理論計算電機的額定轉矩為:
這樣就能夠滿足擠出機的起動轉矩要求。否則,如果按傳統的選型辦法,選擇電機一般工作速度為50Hz,為滿足250%的zui大起動轉矩要求,就必須選擇功率為原來1.4倍的電機和驅動器。
使用交流驅動器的優點
1.提率
使用丹佛斯FC300交流驅動系統后,可比同功率的直流驅動系統的效率高5%左右。同時,由于交流電機的效率比直流電機高,FC300驅動器可保證電機輸出性能優異而不會發生過熱。一般,工廠里擠出機的能耗占總生產能耗的相當大的比例,而丹佛斯FC300驅動器的輸入諧波電流比直流驅動器及其他通用變頻器都小,保證總輸入功率因數大于0.9,因此無需放大工廠供電變壓器和電纜的容量。
2.提高防護等級
一般,擠出機常在高溫或含腐蝕性氣體的惡劣環境下工作,對此,直流電機防護等級較低,而交流電機的防護等級相對較高,使得用于惡劣環境的設備維護成本大大降低。
FC302變頻器應用于擠出機的優點
丹佛斯FC302驅動器內置電機反饋編碼器接口,內建轉速閉環磁場定向磁通矢量控制功能。通過*的靜止電機自適應,能測出各種電機的電氣參數。FC302的內建電機模型和電流檢測非常,電流被解耦為轉矩電流和勵磁電流,矢量控制理論*,系統運算能力*,內部運算循環時間只有1ms,因此能快速檢測、控制和補償負載轉矩。FC302驅動器磁通矢量控制建立160%輸出轉矩只需約3ms,比通用變頻器快1~2個數量級(如圖3所示)。
圖3 FC302的轉矩響應速度
當應用于擠出機時,FC302驅動器具有如下優點:高轉速精度和低轉速脈動,即使在低速運行和零速時也是如此;伺服級的響應速度,適用于負載轉矩變化劇烈的擠出機;優異的轉矩限制功能,從零速直到恒功率控制區域,都能平滑地從轉矩限制模式切換到轉速控制模式,反之亦然;適用于各種特性的異步電機和永磁同步伺服電機;通過轉矩限制功能提供螺桿保護;過轉矩能力強等。標準的FC300驅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,能大大節省安裝空間,并降低成本。
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