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变频器在挤出机上的应用

变频器在挤出机上的应用 2011年12月02日 来源： 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。

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