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摘 要：擠出機(jī)要求高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，高轉(zhuǎn)速精度，較大驅(qū)動(dòng)功率。本文介紹了丹佛斯變頻器應(yīng)用于擠出機(jī)的特性和特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： 擠出機(jī) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩響應(yīng) 轉(zhuǎn)速精度
Abstract: Extruder requires high brake-away torque, high speed precise, relatively high drive power. This application file describes the specifications and benefits of using Danfoss VFD for extruders.
Key words: Extruder, Brake-away Torque, Torque Response, Speed Precision
引言：擠出機(jī)塑料工業(yè)和化纖工業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。許多材料如陶土、食品、金屬、塑料等都能被擠出。最常見(jiàn)的擠出機(jī)是螺桿擠出機(jī)。不久以前擠出機(jī)還多數(shù)是用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，但是近來(lái)交流調(diào)速用得越來(lái)越多。相比直流調(diào)速，交流調(diào)速有許多優(yōu)點(diǎn)，成本也很有競(jìng)爭(zhēng)力。
螺桿擠出機(jī)工作原理：
固態(tài)粒子原料首先從漏斗喂入，然后被加熱塑化或熔化，螺桿旋轉(zhuǎn)將熔化為膠態(tài)的原料推向擠出機(jī)的出口，擠出機(jī)出口裝有特定的模具，決定了最終產(chǎn)品的形狀。塑料薄膜、塑料管、型材和化纖等產(chǎn)品都可以用擠出機(jī)生產(chǎn)。
最常見(jiàn)的螺桿擠為單螺桿擠出機(jī)，典型螺桿轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘；雙螺桿擠出機(jī)用于需要將兩種原料混合擠出的產(chǎn)品，典型的高速雙螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為200-500轉(zhuǎn)/分鐘。用于型材擠出的低速雙螺桿擠出機(jī)通常轉(zhuǎn)速在10-40轉(zhuǎn)/分鐘。
傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)辦法
傳統(tǒng)擠出機(jī)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但是直流電機(jī)需要定期更換電刷，直流電機(jī)耐惡劣環(huán)境的能力也較差，有的時(shí)候需要獨(dú)立的干凈的冷卻空氣。日常使用中直流電機(jī)的典型故障現(xiàn)象為電刷打火、電樞變色、散熱不足、劇烈噪聲和振動(dòng)等。因此直流電機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用比交流電機(jī)高得多，直流電機(jī)的造價(jià)也比交流電機(jī)要高。
交流驅(qū)動(dòng)辦法
僅在數(shù)年以前交流驅(qū)動(dòng)還不能提供直流驅(qū)動(dòng)那么優(yōu)異的性能，而且價(jià)格還很貴。但隨著近年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實(shí)際交流控制軟件的具體完善，交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)在很多應(yīng)用領(lǐng)域有了比直流驅(qū)動(dòng)更佳的成本效益。目前的丹佛斯FC302系列變頻器用在擠出機(jī)上有比直流驅(qū)動(dòng)更好的轉(zhuǎn)速控制性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，開(kāi)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%。
擠出機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可能達(dá)到運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的200%-250%，比丹佛斯FC300系列變頻器最大180%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩值高，因此需要選大一點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器，但也可以令設(shè)備額定轉(zhuǎn)速工作于交流電機(jī)恒功率區(qū)域的辦法予以解決，因?yàn)閿D出機(jī)全速時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩并不需要電機(jī)的額定轉(zhuǎn)距。
如通過(guò)適當(dāng)選取減速比，令電機(jī)一般工作速度為70Hz，這時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T負(fù)載，按理論計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩：
T電機(jī)額定 = = 1.4 T負(fù)載
電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩：
T最大 = 1.8 T電機(jī)額定 = 252%T負(fù)載
滿足擠出機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。
否則如果還是按傳統(tǒng)的選型辦法，選擇電機(jī)一般工作速度為50Hz，為滿足250%的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求，必須選擇功率為原來(lái)1.4倍的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。
使用交流驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)
 提高效率：
丹佛斯FC300交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比同功率的直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率高5%左右，交流電機(jī)的效率也比直流電機(jī)高，F(xiàn)C300驅(qū)動(dòng)器保證電機(jī)輸出性能優(yōu)異而且不會(huì)發(fā)生過(guò)熱。一般工廠里擠出機(jī)耗能要占到總耗能相當(dāng)大的比例，丹佛斯FC300驅(qū)動(dòng)器有比直流驅(qū)動(dòng)器和其他通用變頻器的輸入諧波電流小很多，保證總輸入功率因數(shù)大于0.9，因此無(wú)需放大工廠供電變壓器和電纜的容量
 提高防護(hù)等級(jí)
擠出機(jī)通常工作于惡劣、高溫或含腐蝕性氣體的環(huán)境，交流電機(jī)的防護(hù)等級(jí)比較高，而直流電機(jī)防護(hù)等級(jí)較低，用于惡劣環(huán)境維護(hù)成本將大大提高。
丹佛斯FC302變頻器在擠出機(jī)應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)
FC302驅(qū)動(dòng)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(chǎng)定向磁通矢量控制功能。通過(guò)獨(dú)特的靜止電機(jī)自適應(yīng)，能精確測(cè)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(cè)非常精確，電流被解耦為轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，矢量控制理論先進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)算能力極強(qiáng)，內(nèi)部運(yùn)算循環(huán)時(shí)間只有1mS，因此能快速檢測(cè)、控制和補(bǔ)償負(fù)載轉(zhuǎn)矩。FC302驅(qū)動(dòng)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至2個(gè)數(shù)量級(jí)。
FC302驅(qū)動(dòng)器用于擠出機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：
 高轉(zhuǎn)速精度、低轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，即使在低速運(yùn)行和0速時(shí)；
 伺服級(jí)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0速直到恒功率控制區(qū)域，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(guò)轉(zhuǎn)矩限制功能提供螺桿保護(hù)；
 過(guò)轉(zhuǎn)矩能力強(qiáng)
標(biāo)準(zhǔn)的FC300驅(qū)動(dòng)器集成了許多通常其他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，降低成本。
參考文獻(xiàn)
[1] Application Note Extrude. MN.50.T.1.02. Danfoss公司.
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