摘 要：擠出機(jÄ«)要求高起動(dòng)轉(zhuÇŽn)矩，高轉(zhuÇŽn)速精度，較大驅(qÅ«)å‹•(dòng)功率。本文介紹了丹佛斯變頻器應(yÄ«ng)用于擠出機(jÄ«)的特性和特點(diÇŽn)。

      é—œ(guān)鍵詞： 擠出機(jÄ«)  èµ·å‹•(dòng)轉(zhuÇŽn)矩  轉(zhuÇŽn)矩響應(yÄ«ng)  轉(zhuÇŽn)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(jÄ«)塑料工業(yè)和化纖工業(yè)的基礎(chÇ”)設(shè)備。許多材料如陶土、食品、金屬、塑料等都能被擠出。最常見的擠出機(jÄ«)是螺桿擠出機(jÄ«)。不久以前擠出機(jÄ«)還多數(shù)是用直流電機(jÄ«)é©…(qÅ«)å‹•(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(diÇŽn)，成本也很有競(jìng)爭(zhÄ“ng)力。

 èžºæ¡¿æ“ å‡ºæ©Ÿ(jÄ«)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(zhuÇŽn)將熔化為膠態(tài)的原料推向擠出機(jÄ«)的出口，擠出機(jÄ«)出口裝有特定的模具，決定了最終產(chÇŽn)品的形狀。塑料薄膜、塑料管、型材和化纖等產(chÇŽn)品都可以用擠出機(jÄ«)生產(chÇŽn)。

      最常見的螺桿擠為單螺桿擠出機(jÄ«)，典型螺桿轉(zhuÇŽn)速為100轉(zhuÇŽn)/分鐘；雙螺桿擠出機(jÄ«)用于需要將兩種原料混合擠出的產(chÇŽn)品，典型的高速雙螺桿擠出機(jÄ«)轉(zhuÇŽn)速為200-500轉(zhuÇŽn)/分鐘。用于型材擠出的低速雙螺桿擠出機(jÄ«)通常轉(zhuÇŽn)速在10-40轉(zhuÇŽn)/分鐘。

傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)辦法

      傳統(tÇ’ng)擠出機(jÄ«)采用直流電機(jÄ«)é©…(qÅ«)å‹•(dòng)。但是直流電機(jÄ«)需要定期更換電刷，直流電機(jÄ«)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(jÄ«)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(jÄ«)的日常維護(hù)保養(yÇŽng)è²»(fèi)用比交流電機(jÄ«)高得多，直流電機(jÄ«)的造價(jià)也比交流電機(jÄ«)要高。

交流驅(qū)動(dòng)辦法

      僅在數(shù)年以前交流驅(qÅ«)å‹•(dòng)還不能提供直流驅(qÅ«)å‹•(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(qÅ«)å‹•(dòng)技術(shù)在很多應(yÄ«ng)用領(lǐng)域有了比直流驅(qÅ«)å‹•(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(jÄ«)上有比直流驅(qÅ«)å‹•(dòng)更好的轉(zhuÇŽn)速控制性能和轉(zhuÇŽn)矩響應(yÄ«ng)速度，開環(huán)轉(zhuÇŽn)速控制精度優(yōu)于0.5%，閉環(huán)轉(zhuÇŽn)速控制精度優(yōu)于0.1%。

      擠出機(jÄ«)çš„èµ·å‹•(dòng)轉(zhuÇŽn)矩可能達(dá)到運(yùn)行轉(zhuÇŽn)矩的200%-250%，比丹佛斯FC300系列變頻器最大180%çš„èµ·å‹•(dòng)轉(zhuÇŽn)矩值高，因此需要選大一點(diÇŽn)çš„é©…(qÅ«)å‹•(dòng)器，但也可以令設(shè)備額定轉(zhuÇŽn)速工作于交流電機(jÄ«)恒功率區(qÅ«)域的辦法予以解決，因?yàn)é–¿D出機(jÄ«)全速時(shí)çš„è² (fù)載轉(zhuÇŽn)矩并不需要電機(jÄ«)的額定轉(zhuÇŽn)距。

      如通過(guò)適當(dāng)選取減速比，令電機(jÄ«)一般工作速度為70Hz，這時(shí)è² (fù)載轉(zhuÇŽn)矩為T_{è² (fù)載}，按理論計(jì)算電機(jÄ«)的額定轉(zhuÇŽn)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(tÇ’ng)的選型辦法，選擇電機(jÄ«)一般工作速度為50Hz，為滿足250%的最大起動(dòng)轉(zhuÇŽn)矩要求，必須選擇功率為原來(lái)1.4倍的電機(jÄ«)和驅(qÅ«)å‹•(dòng)器。

使用交流驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)

Ÿ           提高效率：

      丹佛斯FC300交流驅(qÅ«)å‹•(dòng)系統(tÇ’ng)比同功率的直流驅(qÅ«)å‹•(dòng)系統(tÇ’ng)效率高5%左右，交流電機(jÄ«)的效率也比直流電機(jÄ«)高，F(xiàn)C300é©…(qÅ«)å‹•(dòng)器保證電機(jÄ«)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(jÄ«)耗能要占到總耗能相當(dāng)大的比例，丹佛斯FC300é©…(qÅ«)å‹•(dòng)器有比直流驅(qÅ«)å‹•(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

Ÿ           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。

 ä¸¹ä½›æ–¯FC302變頻器在擠出機(jÄ«)應(yÄ«ng)用上的優(yōu)點(diÇŽn)

      FC302é©…(qÅ«)å‹•(dòng)器內(nèi)置電機(jÄ«)反饋編碼器接口，內(nèi)建轉(zhuÇŽn)速閉環(huán)磁場(chÇŽng)定向磁通矢量控制功能。通過(guò)獨(dú)特的靜止電機(jÄ«)自適應(yÄ«ng)，能精確測(cè)出各種電機(jÄ«)的電氣參數(shù)。FC302çš„å…§(nèi)建電機(jÄ«)模型和電流檢測(cè)非常精確，電流被解耦為轉(zhuÇŽn)矩電流和勵(lì)磁電流，矢量控制理論先進(jìn)，系統(tÇ’ng)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(bÇ”)å„Ÿè² (fù)載轉(zhuÇŽn)矩。FC302é©…(qÅ«)å‹•(dòng)器磁通矢量控制建立160%輸出轉(zhuÇŽn)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)：

Ÿ           高轉(zhuÇŽn)速精度、低轉(zhuÇŽn)速脈動(dòng)，即使在低速運(yùn)行和0速時(shí)ï¼›

Ÿ           伺服級(jí)的響應(yÄ«ng)速度，適用于負(fù)載轉(zhuÇŽn)矩變化劇烈的擠出機(jÄ«)ï¼›

Ÿ           優(yōu)異的轉(zhuÇŽn)矩限制功能，從0速直到恒功率控制區(qÅ«)域，能平滑地從轉(zhuÇŽn)矩限制模式切換到轉(zhuÇŽn)速控制模式，反之亦然；

Ÿ           適用于各種特性的異步電機(jÄ«)和永磁同步伺服電機(jÄ«)ï¼›

Ÿ           通過(guò)轉(zhuÇŽn)矩限制功能提供螺桿保護(hù)ï¼›

Ÿ           過(guò)轉(zhuÇŽn)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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