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摘 要：擠出機要求高起動轉(zhuǎn)矩，高轉(zhuǎn)速精度，較大驅(qū)動功率。本文介紹了丹佛斯變頻器應(yīng)用于擠出機的特性和特點。
關(guān)鍵詞： 擠出機 起動轉(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。最常見的擠出機是螺桿擠出機。不久以前擠出機還多數(shù)是用直流電機驅(qū)動的，但是近來交流調(diào)速用得越來越多。相比直流調(diào)速，交流調(diào)速有許多優(yōu)點，成本也很有競爭力。
螺桿擠出機工作原理：
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)的原料推向擠出機的出口，擠出機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)品都可以用擠出機生產(chǎn)。
最常見的螺桿擠為單螺桿擠出機，典型螺桿轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘；雙螺桿擠出機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通常轉(zhuǎn)速在10-40轉(zhuǎn)/分鐘。
傳統(tǒng)驅(qū)動辦法
傳統(tǒng)擠出機采用直流電機驅(qū)動。但是直流電機需要定期更換電刷，直流電機耐惡劣環(huán)境的能力也較差，有的時候需要獨立的干凈的冷卻空氣。日常使用中直流電機的典型故障現(xiàn)象為電刷打火、電樞變色、散熱不足、劇烈噪聲和振動等。因此直流電機的日常維護保養(yǎng)費用比交流電機高得多，直流電機的造價也比交流電機要高。
交流驅(qū)動辦法
僅在數(shù)年以前交流驅(qū)動還不能提供直流驅(qū)動那么優(yōu)異的性能，而且價格還很貴。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際交流控制軟件的具體完善，交流驅(qū)動技術(shù)在很多應(yīng)用領(lǐng)域有了比直流驅(qū)動更佳的成本效益。目前的丹佛斯FC302系列變頻器用在擠出機上有比直流驅(qū)動更好的轉(zhuǎn)速控制性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，開環(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%。
擠出機的起動轉(zhuǎn)矩可能達到運行轉(zhuǎn)矩的200%-250%，比丹佛斯FC300系列變頻器最大180%的起動轉(zhuǎn)矩值高，因此需要選大一點的驅(qū)動器，但也可以令設(shè)備額定轉(zhuǎn)速工作于交流電機恒功率區(qū)域的辦法予以解決，因為擠出機全速時的負載轉(zhuǎn)矩并不需要電機的額定轉(zhuǎn)距。
如通過適當(dāng)選取減速比，令電機一般工作速度為70Hz，這時負載轉(zhuǎn)矩為T負載，按理論計算電機的額定轉(zhuǎn)矩：
T電機額定 = = 1.4 T負載
電機最大轉(zhuǎn)矩：
T最大 = 1.8 T電機額定 = 252%T負載
滿足擠出機的起動轉(zhuǎn)矩要求。
否則如果還是按傳統(tǒng)的選型辦法，選擇電機一般工作速度為50Hz，為滿足250%的最大起動轉(zhuǎn)矩要求，必須選擇功率為原來1.4倍的電機和驅(qū)動器。
使用交流驅(qū)動器的優(yōu)點
 提高效率：
丹佛斯FC300交流驅(qū)動系統(tǒng)比同功率的直流驅(qū)動系統(tǒng)效率高5%左右，交流電機的效率也比直流電機高，F(xiàn)C300驅(qū)動器保證電機輸出性能優(yōu)異而且不會發(fā)生過熱。一般工廠里擠出機耗能要占到總耗能相當(dāng)大的比例，丹佛斯FC300驅(qū)動器有比直流驅(qū)動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，因此無需放大工廠供電變壓器和電纜的容量
 提高防護等級
擠出機通常工作于惡劣、高溫或含腐蝕性氣體的環(huán)境，交流電機的防護等級比較高，而直流電機防護等級較低，用于惡劣環(huán)境維護成本將大大提高。
丹佛斯FC302變頻器在擠出機應(yīng)用上的優(yōu)點
FC302驅(qū)動器內(nèi)置電機反饋編碼器接口，內(nèi)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)磁場定向磁通矢量控制功能。通過獨特的靜止電機自適應(yīng)，能精確測出各種電機的電氣參數(shù)。FC302的內(nèi)建電機模型和電流檢測非常精確，電流被解耦為轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流，矢量控制理論先進，系統(tǒng)運算能力極強，內(nèi)部運算循環(huán)時間只有1mS，因此能快速檢測、控制和補償負載轉(zhuǎn)矩。FC302驅(qū)動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個數(shù)量級。
FC302驅(qū)動器用于擠出機有如下優(yōu)點：
 高轉(zhuǎn)速精度、低轉(zhuǎn)速脈動，即使在低速運行和0速時；
 伺服級的響應(yīng)速度，適用于負載轉(zhuǎn)矩變化劇烈的擠出機；
 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和永磁同步伺服電機；
 通過轉(zhuǎn)矩限制功能提供螺桿保護；
 過轉(zhuǎn)矩能力強
標準的FC300驅(qū)動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
[1] Application Note Extrude. MN.50.T.1.02. Danfoss公司.
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