丹佛斯变频器在挤出机上的应用

摘 要：挤出机要求高起动转矩，高转速精度，较大驱动功率。本文介绍了丹佛斯变频器应用于挤出机的特性和特点。

关键词： 挤出机 起动转矩 转矩响应 转速精度

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：挤出机塑料工业和化纤工业的基础设备。许多材料如陶土、食品、金属、塑料等都能被挤出。最常见的挤出机是螺杆挤出机。不久以前挤出机还多数是用直流电机驱动的，但是近来交流调速用得越来越多。相比直流调速，交流调速有许多优点，成本也很有竞争力。

螺杆挤出机工作原理：

固态粒子原料首先从漏斗喂入，然后被加热塑化或熔化，螺杆旋转将熔化为胶态的原料推向挤出机的出口，挤出机出口装有特定的模具，决定了最终产品的形状。塑料薄膜、塑料管、型材和化纤等产品都可以用挤出机生产。
最常见的螺杆挤为单螺杆挤出机，典型螺杆转速为100转/分钟；双螺杆挤出机用于需要将两种原料混合挤出的产品，典型的高速双螺杆挤出机转速为200-500转/分钟。用于型材挤出的低速双螺杆挤出机通常转速在10-40转/分钟。

传统驱动办法
传统挤出机采用直流电机驱动。但是直流电机需要定期更换电刷，直流电机耐恶劣环境的能力也较差，有的时候需要独立的干净的冷却空气。日常使用中直流电机的典型故障现象为电刷打火、电枢变色、散热不足、剧烈噪声和振动等。因此直流电机的日常维护保养费用比交流电机高得多，直流电机的造价也比交流电机要高。

交流驱动办法
仅在数年以前交流驱动还不能提供直流驱动那么优异的性能，而且价格还很贵。但随着近年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实际交流控制软件的具体完善，交流驱动技术在很多应用领域有了比直流驱动更佳的成本效益。目前的丹佛斯FC302系列变频器用在挤出机上有比直流驱动更好的转速控制性能和转矩响应速度，开环转速控制精度优于0.5%，闭环转速控制精度优于0.1%。
挤出机的起动转矩可能达到运行转矩的200%-250%，比丹佛斯FC300系列变频器最大180%的起动转矩值高，因此需要选大一点的驱动器，但也可以令设备额定转速工作于交流电机恒功率区域的办法予以解决，因为挤出机全速时的负载转矩并不需要电机的额定转距。

如通过适当选取减速比，令电机一般工作速度为70Hz，这时负载转矩为T负载，按理论计算电机的额定转矩：

T电机额定 = = 1.4 T负载
电机最大转矩：
T最大 = 1.8 T电机额定 = 252%T负载
满足挤出机的起动转矩要求。
否则如果还是按传统的选型办法，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，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
 提高效率：
丹佛斯FC300交流驱动系统比同功率的直流驱动系统效率高5%左右，交流电机的效率也比直流电机高，FC300驱动器保证电机输出性能优异而且不会发生过热。一般工厂里挤出机耗能要占到总耗能相当大的比例，丹佛斯FC300驱动器有比直流驱动器和其他通用变频器的输入谐波电流小很多，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
 提高防护等级
挤出机通常工作于恶劣、高温或含腐蚀性气体的环境，交流电机的防护等级比较高，而直流电机防护等级较低，用于恶劣环境维护成本将大大提高。

丹佛斯FC302变频器在挤出机应用上的优点
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至2个数量级。

FC302驱动器用于挤出机有如下优点：
 高转速精度、低转速脉动，即使在低速运行和0速时；
 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0速直到恒功率控制区域，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
标准的FC300驱动器集成了许多通常其他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，降低成本。

参考文献
[1] Application Note Extrude. MN.50.T.1.02. Danfoss公司.