变频器在橡胶挤出机系统中的应用__变频器在橡胶挤出机系统中的应用

变频器在橡胶挤出机系统中的应用

2007/7/30 9:06:00

1 引言挤出成型是橡胶工业的基本加工工艺之一。胶料通过挤出机熔化成均匀的熔体，在熔化中建立的压力作用下，使螺杆连续地定温、定量、定压地挤出机头，它是指利用螺杆挤出机(简称挤出机)及其辅机，使胶料在螺杆的推动下，连续不断地向前运动，再借助于口型挤出各种所需形状的半成品，然后由特定的辅机配合，来完成挤出成型或其他作业的工艺过程。橡胶最终挤出制品生产的一般过程如图1所示。

图1 橡胶最终挤出制品生产的一般过程挤出机具有生产能力高，产品质地均匀，尺寸准确，能实现工艺过程的连续化，结构简单，操作方便等特点，因而在橡胶工业中得到广泛的应用。挤出机对于驱动系统的性能有严格的要求，例如，要求驱动系统具有较高的起动转矩，平滑的起动特性，宽阔的速度／转矩设定范围。由于橡胶制品在工农业生产中的广泛应用，因此橡胶机械成为机械行业中的一个重要行业。橡胶机械在应用变频调速技术后可以节约电能(可节电约20~60%)、减少对电网的冲击，实现绿色用电、还可以提高产品质量和产量。采用普传7000系列交流变频器的挤出机主机传动，能够完全满足挤出机的工艺要求，达到必要的工艺控制指标，经过实际运行证明，系统性能比较稳定，产品的适应性强，经济效益明显。 2 橡胶挤出机系统的组成部分橡胶挤出机系统的组成部分如图2所示。

图2 橡胶挤出机系统的组成部分一台挤出设备通常由主机、辅机及其控制系统组成。通常这些组成部分统称为挤出组。 2.1 橡胶挤出机的主机一台挤出机主机由挤压、传动、加热冷却三部分系统组成。挤压系统主要由螺杆和机桶组成，是挤出机的关键部分; 传动系统中起作用是驱动螺杆，要保证螺杆在工作过程中具备所需要的扭矩和转速; 加热冷却系统主要来保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制。 2.2 橡胶挤出机的辅机挤出设备的辅机的组成根据制品的种类而定。一般说来，辅机由剂透定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分组成。 2.3 橡胶挤出机的控制系统挤出机的控制系统主要由变频器、三相异步电动机、电器、仪表和执行机构组成，其主要作用为： (1) 控制主、辅机的拖动电机，满足工艺要求所需的转速和功率，并保证主、辅机能协调地运行; (2) 控制主、辅机的温度、压力、流量和制品质量; (3) 实现整个机组的自动控制。 3 螺杆挤出机的控制螺杆挤出机的示意图如图3所示。

图3 挤出机示意图 3.1 传统的螺杆挤出机的不足在传统的螺杆挤出机系统中，螺杆由直流电机驱动。在直接传动情况下螺杆直接由齿轮箱驱动;在间接传动情况下，螺杆由皮带和牵引盘驱动。传统的直流电机本身存在着一定的缺点：例如直流电机的电刷每个月就要更换一次，在多粉尘或腐蚀性环境中直流电机需要经常清洗，有时甚至还需要从车间外为直流电机通入洁净的冷却空气。 3.2 间接传动螺杆挤出机的缺点间接传动螺杆挤出机的缺点在于：存在于皮带滑差，皮带会造成一定的能量损失，更多的机械装置增加了磨损和发生故障的可能性。而直流电机最大的弊端噪音过大，电刷打火，转子污染，电机温度过高，排气不充分和电机震动。因此使用直流电机的螺杆挤出机维护费用更高，直流电动机的最初成本也更高一些。 3.3 普传7000系列变频器在用于挤出设备，有高质量的运行特性，这是因矢量控制型变频器本身可提供的良好的产品性能决定的。与传统变频器比较的特点： (1) 起动转矩大,低速转矩大，客户可以降低电机使用容量; (2) 运转效率较高,比传统变频器高出3～6%; (3) 转速精度高,电源及负载变动所带来影响很低; (4) 出料较均匀，用户可以节省原料5%左右; (5) 转速精度高,产成品质量较高; (6) 快速处理器提供更高频率响应。普传变频器内置的处理器，提供高控制精度、快响应频率及好的动态性能。挤出机的工艺要求主要是控制出口的压力恒定，设备在刚开始工作时，进行转速控制，在达到需求压力时，要切换为压力控制。切换过程应该无冲击，需要变频器高的控制精度，来接应压力信号。 (7) 矢量控制提供低频时高扭矩输出挤出机的主驱动电机主要通过平行轴斜齿轮减速器减速后带动螺杆转动，在基频以下改变运行速度时为恒转矩调速。以往使用V/f控制型变频器，由于要考虑负载的启动转矩，要设定相应的转矩提升值，如果转矩提升设置过高，在低频轻载时会励磁太大，容易引起电机严重发热，影响到设备的稳定运行。采用矢量控制型普传变频器，使用自学习功能可观测电机参数，不但能保证电机在低频时良好的输出特性，普传变频器的自动节能运行功能会随转矩的改变而减少输出的电流，不但能节省电能，更能消除上述工作隐患发生的可能性。 (8) 转矩限定和转差补偿，转速控制精度高达5‰。 4 变频器部分功能参数设置变频器部分功能参数设置如表1。