VLT 5000变频器在螺杆螺杆挤压机上的应用
概 述
在塑料和人造纤维的加工过程中，螺杆挤压机有着非常广泛的应用。本文介绍应用VLT5000变频器物后螺杆挤压机获得性能提高。
引 言
螺杆挤压机能够将各种原料从一个钢模中挤压出，可供挤压的原料包括粘土、食品、金属、化学原料和塑料。根据所挤压原料的种类和应用情况，螺杆挤压机有多种不同的型号和规格。最常用的螺杆挤压机为螺杆螺杆挤压机，它被广泛应用于塑料和人造纤维的加工工业:原料通常以固体颗粒的形式被加入到螺杆挤压机中，经过塑炼或融化过程后被螺杆挤压到塑模或喷丝头。最终产品的形状和尺寸由塑模或喷丝头的情况决定。代表产品包括:塑料吹膜、塑料管、塑料型材和人造纺织纤维。 图1中的装置是一种典型的螺杆螺杆挤压机，它可以应用于塑料加工工业。原料从进料截面入螺杆挤压机后，旋转的螺杆将原料推送到压缩截面。在这个部分压力会逐渐增大，颗粒间的摩擦力将对原料进行塑炼。液态原料经过计量界面后被挤压出塑模。
直接传动螺杆挤压机
图2所示装置为直接传动式螺杆挤压机一个螺杆螺杆挤压机可以有一个螺杆(单螺杆螺杆挤压机)或多个螺杆。单螺杆螺杆挤压机在塑料加工中的应用最为广泛。一个单螺杆螺杆挤压机的速度通常为100rpm，而双螺杆螺杆挤压机可以根据具体的应用情况选择速度的高低。
高速双螺杆螺杆挤压机主要用于挤压两种原料的混合物，此时速度大约为200-500rpm;低速双螺杆螺杆挤压机的速度大约为10-40rpm，常用于挤压型材。
如果电机和齿轮箱之间是直接耦合的，这种螺杆挤压机为直接传动螺杆挤压机，见图2。直接传动螺杆挤压机的优点包括:
●不存在皮带滑差
●能量效率更高
●机械部件更少
直接传动螺杆挤压机的缺点是(更)难于调节产品的减速比。
间接传动螺杆挤压机
如果电机和齿轮箱之间由一个皮带连接，这种螺杆挤压机为间接传动螺杆挤压机，见图3。
间接传动螺杆挤压机的优点在于:
●便与调节减速比
●易于安装电机
●减少了转矩波动
传统结构
在传统的螺杆挤压机系统中，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6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。
间接传动螺杆挤压机的缺点在于
●存在皮带滑差
●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是噪音过大、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压机维护费用更高，直流电机的最初成本也更高一些。
新标准
●技术改进:
在几年前，变频器的电力电子器件还无法使交流电机的轴输出性能达到直流电机的水平，而且交流电机也更为昂贵。
但是近年来，由于电力电子和微处理器技术的发展，交流系统在许多应用中都表现出了一定的优势。
●性能提高:
配备VLT 5000的交流电机可以提供和直流电机相同的性能和速度控制功能。在安装了编码器反馈的情况下，VLT 5000的速度偏差可以小于0.1%，这个性能已经优于大多数直流电机。当工作于开路模式时(没有编码器反馈)速度偏差也会小于0.5%。
螺杆挤压机螺杆的制动转矩要求达到额定转矩的200-250%。在交流系统中要想解决这个问题可以选用更大的变频器或使电机工作在弱磁范围。在全速状态一般并不需要达到额定转矩。
新的标准
●更高的能量效率:
交流系统中安装了VLT 5000后，其效率比类似的直流系统要高出5%。这是因为高质量的交流电机比直流电机具有更高的效率，另外VLT 5000的VVCPLUS 控制系统能够在不生成更多热量的情况下使电机的轴性能达到最佳。
螺杆挤压机运行占用了工厂的大部分电能。与一个直流调速器相比，VLT 5000产生的谐波电流失真要小得多(具有更高的功率因数)，因此就不需要超大的变压器和电缆。
螺杆挤压机中的交流电机一般是方形交流电机，它比相同尺寸的直流电机具有更加优异的转矩性能。
如果只考虑能量消耗的话，交流系统比直流系统要节约50-100kW的能量;如果考虑用户全部的花费，交流系统则能节约200kW的能量。
● 更加适应环境:
由于螺杆挤压机所在的工厂通常都具有腐蚀性气体、高温和很多粉尘，所以电机必须能够抵抗环境的各种影响。交流电机与直流电机相比更能抵抗腐蚀性环境的影响。在一个腐蚀性环境中直流电机通常需要更多地维护，因为油、粉尘和化学蒸汽都会对换向片和电刷造成不利影响。
● 方形交流电机可以提高螺杆挤压机的性能:
方形交流电机是一种紧凑型的异步交流电机，它的体积比标准交流电机要小很多。由于方形电机和直流电机的尺寸相近，因此也更易于替代直流电机。另外方形交流电机比标准直流电机具有更好的动态转矩性能。与一般的异步电机相比，方形电机的另一个优点是它们具有更高的停止转矩。这一优点在弱磁范围内更为明显。
方形交流电机还可以配备一个内置编码器和一个IP 55级的机箱。
VLT 5000控制原理
VLT 5000具有一个名为VVCPLUS 的反向控制系统。 在控制一个感应电机的过程中为其提供可变的频率及与之相匹配的电压。如果电机的负载发生了变化，它的磁化强度也会改变，因此它的速度也会跟着发生变化。控制系统会保持对电流的测量并根据一个电机模型计算出所需的电压。这样就可以保证在各种条件下电机的频率和电压都能够达到最理想的状态，电机也达到了其最佳性能。
具有VVCPLUS 的调节系统功能更具鲁棒性，它可以适用于各种电机而无需电机降额使用。
首先，控制系统可以对电流和电机模型进行非常有效的计算。电流被分为激磁电流和转矩电流两个部分，由此可以快速准确地估算出电机的真实负载。这样系统就可以对负载的变化进行快速的补偿。在低速甚至停止状态下同样也可以获得额定转矩和精确的速度控制。
这套系统可以确保良好的转矩控制功能，限电流操作、失速转矩保护和正常操作之间的转换也更为顺畅。
经过电机自调谐后，可以准确地控制电机。VVCPLUS 的优点包括:
●准确的速度控制，甚至在低速状态也能实现。
●接收信号后电机可迅速达到额定转矩输出。
●对阶跃负载有很好的补偿
●可以控制正常操作和限电流操作之间的转换
●在整个速度范围内都可以提供可靠的转矩保护，包括弱磁范围。
●可适用各种电机。
●可以限制轴转矩，从而保护螺杆挤压机螺杆。
●全保持转矩(闭环)。
作为一种标准型号，VLT 5000中很多部件都是整装的，这样就减少了单独安装的过程。这些整装部件(RFI滤波器、直流线圈、屏蔽夹钳和串行通讯端口)不仅节约了空间，也简化了安装。这使VLT 5000无需附加部件就可以满足大多数要求。
一个安装了VLT 5000编码器反馈的螺杆挤压机可以获得以下的速度精度:
频率范围: 0-1000Hz
输出频率分辨率: 0.003Hz
速度精度(闭环: <1500rpm:
max偏差±1.5rpm
螺杆挤压机连线示例
在这个示例中，螺杆挤压机配备了一个编码器反馈和一个压力开关，当压力过高时，这个压力开关将停止螺杆挤压机。
本例中，通过参数100配置将VLT 5000设置为速度控制、闭环模 式。使用1024脉冲/转编码器，你就可以在低速状态下获得额定转矩和准确的速度控制。
在参数221转矩极限中可以设定螺杆挤压机的最大转矩。如果螺杆挤压机超过了这个转矩，一个警告或警报将在LCP上显示出来或通过输出继电器表示出来，这样就可以有效地避免过载的发生。
螺杆挤压机系统的其它应用
丹佛斯VLT变频器的控制功能还包括温度控制、泵控制和给料控制。
在整个生产过程中必须要对螺杆挤压机的温度进行正确的控制，温度控制一般都是通过风扇实现的。如果把温度传感器的信号作为VLT变频器的一个反馈信号，用户就可以将温度控制在一个设定的值。
由于螺杆挤压机本身性能具有一定的局限，所以很难获得一个稳定的输出。提高输出稳定性的最好方法是在螺杆挤压机上安装一个齿轮泵，泵可以安装在螺杆挤压机和塑模之间。泵的速度可以通过VLT变频器进行精确控制。
在螺杆挤压机中，塑料颗粒或粉末通过给料斗加入到进料截面。VLT变频器可以控制这个给料斗，从而使原料均匀地从给料斗流入到进料截面。
使用交流变频器(VLT 5000)的全部优点
●减少维护过程
●节约能源
●提高交流电机效率
●提高启动转矩
●更好的动态性能
●可以安装在腐蚀性环境中(气体、粉尘等等)
●交流电机价格更为便宜
●谐波电流失真小
●交流系统更易于安装和调试
|
