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1 引言
中国2004年塑料制品的增长仍达12%,塑料树脂销量增长达10.1%,塑料机械销量增长10.6%,但是塑料原材料和钢材价格的不断攀升给塑料加工业以及塑机行业带来了严峻的考验,进一步提高挤出机械的精密度和质量是塑料行业发展的必然趋势。
2 挤出机概述
塑料通过挤出机塑化成均匀的熔体,并在塑化中建立的压力作用下,并使螺杆连续地定温,定量,定压地挤出机头。大部份热塑性塑料均采用此方法,螺杆挤出机有多种不同的型号和规格,最常用的挤出机就是螺杆挤出机。
3 传统挤出机传动的特点
3.1 挤出成型设备的组成部分
一台挤出设备通常由主机(挤出机)、辅机及其控制系统组成。通常这些组成部分统称为挤出机组。
(1) 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) 辅机
挤出设备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。
3.2 控制系统
挤出机的控制系统主要由电器、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、流量和制品的质量;
(3) 实现整个机组的自动控制。
3.3 精密挤出机传动的特点
要有能跟直流系统相媲美的大转矩特性,而且在速度变化的情况下也能保持转矩的连续特性,否则会造成挤出的产品有瑕疵,增加产品的次品率。
要求变频器的控制精度高,起码要求万分之五以上,才能维持为此高精度的恒定压力。
3.4 V/F变频器的缺陷
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,甚至烧毁电机。如果不设定应的转矩提升值,则又无法满足挤出机械对转矩的要求,造成挤出的产品有瑕疵,增加产品的次品率。
3.5 传统螺杆挤出机的控制
(1) 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。
(2) 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) 安邦信G11系列变频器在精密挤出机上的的应用
设备型号:广州XX机械厂生产的高精度挤出机
生产产品:汽车配件
设备要求:压力误差±0.01bar,主机马达转速精度±0.05%
变频器型号:AMB-G11-055-T3
其电气接线如附图所示。
附图 精密挤出机变频器电气接线图
采用高精度的电位器进行对螺杆驱动电机进行调速,为满足控制精度的要求,在电机侧加装旋转编码器,实现G11变频器的高精度、大力矩控制。
4 安邦信G11系列变频器在大功率挤出机上的的应用优势
G11变频器用于挤出设备, 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。
采用高性能电流矢量控制和磁通矢量控制,不但彻底克服了通用型变频器低频转矩差,控制精度不高的缺陷,而且处理器提供更高更快速频率响应。
(1) G11高性能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。
(2) 矢量控制提供低频时高扭矩输出
采用G11矢量控制型变频器,使用自学习功能可观测电机参数,建立交流电机的直流模型,获得跟直流电机相媲美的特性,0Hz附近获得200%的启动扭矩,不但能保证电机在低频时良好的输出特性,而且在1:100(1:100Hz)的速度变化下也能保100%的连续转矩。
(3) G11矢量控制型变频器具有转矩限定和转差补偿功能,转速控制精度在有速度反馈的情况下高达万分之二,使挤出机械的压力得到更精确的控制。
(4) 自动节能控制,持续优化电机效率
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。
采用G11系列变频器具有自动节能控制功能,能根据负载情况自动调整电压,使电机运行在最率状态下,比市场上的通用型变频器节电率增加10%以上。
水厂主泵站及各工厂泵房的供水电机一般以恒定速度运行,用大小泵和调节进出水阀的方法调节水压,以满足各种不同的要求。1. 引言
近年来,随着变频器本身功能的不断完善,交流调速技术有了长足的进步。如何在不同应用条件下充分开发变频器自身功能、有效的降低设备的改造成本已成为一个重要问题。 与通常的控制方式相比,利用变频器直流制动功能实现交流拖动系统准确停车的设计方案省去了价值昂贵的变频器专用制动单元/制动电阻,有效降低了设备改造成本,工作稳定可靠、控制精度高。
2. VVVF能耗制动的理论分析
通用变频器提供的制动方式主要有:能耗制动、再生制动、整流回馈等。在转动惯量较大的工况条件下,变频器厂家所建议采用的一般方式是外接制动电阻和制动单元的再生制动方式,某些情况下可以配合采用直流制动。这一设计思路基本为大多数目内用户所接受,并在实际使用中获得了较好的效果。但该方案需另外购买变频器厂家提供的专用制动单元/制动电阻,无形中增大了改造成本。
所谓“直流制动”,一般指当变频器的输出频率接近为零,电机的转速降低到一定数值时,变频器改向异步电动机定子绕组中通入直流,形成静止磁场,此时电动机处于能耗制动状态,转动着的转子切割该静止磁场而产生制动转矩,使电动机迅速停止。在电动机制动过程中,由于变频器输出频率逐渐降低,则定子绕组内的同步磁场转速低于转子转速,电动机处于再生制动过程,此时旋转系统存储的动能转换成电能热损耗的形式消耗于异步电动机的转子回路中,为防止电动机减程中所形成的再电制动以及直流制动过程中的能量回馈,造成变频器和电机的损坏,需串入专用制动单元/制动电阻。
如图1所示为一般交流电动机制动时的机械特性曲线。设A点为正常工作点。电动机同步旋转磁场转速为:
式中, 为电机同步转速, 为电源频率, 为电动机磁极对数。
图1.异步电动机机械特性曲线
在通常电动机的制动过程中,电动机先减速,电动机同步旋转磁场转速低于转子转速,工作点在同一转速下由曲线①的A点跳至曲线②的B点,即从第一象限过渡到第二象限称之为同一转速下特性的跳转,则电机得到反方向的制动转矩T 进入发电制动状态,拖动系统沿图1中曲线②迅速降速,当低于某一转速后,向定子绕组输入直流,形成固定磁场,产生制动转矩。在这一过程中,电机将经过再电制动和能耗制动而最终停止。
从理论析,如果能够控制电动机同步磁场的转速缓慢下降,使电动机在同一转速下特性跳转时,特性曲线维持在第一象限,如图 1中虚线组③所示缓慢降速,不跳转至第二象限则拖动系统在降程中可以有效的避免发生再生制动过程。如图1所示,当电机转速在小于临界转速nh的情况下接入直流进行制动,并相应控制接入直流的大小和时间,理论析电机只经历有限的能耗制动阶段,不会过热。而变频器良好的内、外特性可以保证上述各项条件的满足。
但是,采用该方法有一些必要的前提条件,首先,系统不能频繁进行启/停,否则会造成变频器直流电路故障。其次,提升机、电梯等下放重物的工况不适宜采用。再次,系统降速时间不能过短,即降速不能过快,否则工作点将进入第二象限发生再生制动过程,引起电机过热。
1 引 言
用跑步机比在户外路面上跑最大的好处就是跑步机提供了避震效果,大量了每一步伐的反作用冲击力,保护了你的膝盖关节,因此近年来倍受欢迎。跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道(跑步带),跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反,但速度必须自动保持一致,这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼了。如果说马达是跑步机的心脏,那么机电系统的功能就是跑步机的心肺功能。完善的机电系统,可以充分地发挥马达的功率效能。跑步机所使用的机电系统也在与时俱进,由早期的SCR系统发展到目前的PWM系统。现在市面上的跑步机大都使用PWM系统,比起旧式的SCR系统,现代跑步机的跑感更佳,跑起来更平畅自然,应用台达变频器研制的跑步机如图1所示。
2 台达跑步机专用变频器的特点
变频器是跑步机的核心,与市场上其它跑步机相比,台达生产的跑步机专用变频器针对性强,完全符合跑步机的运行特性,该变频器在以下几个方面有其独特的优势。
1) 提供较宽的载波频率范围
由于使用环境以及使用对象的特殊性,跑步机的控制性能有区别于其它电机控制的特殊要求。跑步机一般的使用环境是在室内,对于静音也有特别的要求。跑步机以马达带动驱动皮带,再透过滚筒来运转跑步带,这一系列的机电及机械运作过程,会产生一定的声响。如果使用变频器来控制电机,电机在运转的过程中会发出一种高频的啸叫声,这种啸叫声称为电磁噪音。该种噪音容易使人产生焦躁的情绪,而且这种噪音一般很难被其它声音。噪音的方法是调整变频器的载波频率,通常能够调整的最大值为15kHz。在其它的环境中,将载波频率调整到最大(15kHz),就可能满足使用者的要求,这时电机发出的噪音并不明显。现在各生产厂家对于机械部分都采取了一些防噪的措施,因此跑步机使用的环境背景噪音都比较小,这就使得原本在其它场合不是很明显的电磁噪音特别的刺耳。针对这种特殊需求,台达跑步机专用变频器将载波频率的可调整最大值上升到16kHZ,再一次降低了电机发出的噪音分贝,使得运动者能够在更加良好的环境中锻炼身体。
2 控制方式为SPWM,提供无速度矢量控制方式
该控制方式在不需要外部转速反馈的情况下(对于外部接线没有任何增加),可得到比较硬的机械特性。矢量控制方式的运用,使异步电动机的低频工作特性达到了十分完美的地步,与直流电动机相比,已经毫不逊色了。在低频力矩方面,能够提供5Hz时150%的额定输出力矩。
3 提供较低的瞬间低电压准位值
因为跑步机使用的场所为一般住宅或运动中心,其使用的电源为一般市电。当负载在无法预知使用者的设定速度以及使用者的体重情况下,设计者必须考虑该类变数的影响,该变数将有可能造成瞬间低电压侦测动作。为防止Lv侦测动作,台达跑步机专用变频器增加了一个参数:Lv准位设定。根据客户的实际使用情况设置这个参数,能够将低电压报警的电压值自由设定,让由于突发性负载原因造成停机的可能性大幅降低。
4 提供标准的485通讯接口
使用标准的485通讯接口,可使调试和使用过程变得动更加简单方便,原本每一台变频器都需要手工设置参数,现在只需要执行下载参数,该参数就会快捷地写入到变频器中,减轻了调试人员的重复劳动量;在配线方面也更加简洁,485通讯只需要连接两根信号线(SG /SG-)。由于变频器本身就是一个干扰源,485接口在抗干扰能力上比模拟量输入强。
5 在485通讯控制的方式下,外部端子能够接受EF信号
跑步机在正常运行的情况下是看不出这个功能的重要性的,但是一旦出现问题,例如最严重的就是当控制器死机时,电机的运转不受控制,这种情况很容易对锻炼者造成身体的伤害。如果能够提供一个功能,直接命令变频器停止输出(停止工作),让电机自由停车,就会减小出现异常情况对人身造成伤害的可能性。一般情况下,都需要增加其它低压电器来切断电机的电源;而台达变频器却能够在不需要增加电器组件的情况下实现这个功能,减少跑步机的硬件成本以及维护工作量。
3 调试与运行
为了达到跑步机性能的最佳化,在使用可以从以下方面调整台达跑步机专用变频器参数:选择向量控制 P105=01;输入电机的基准电压,频率,电流(P04,P05,P52);自动量测电机参数;输入电机的额定转差;观察运转时空载和负载电流的大小和波动;如果出现噪音问题,可调整载波频率;如果出现负载运转过程中自动停机问题,可调整Lv准位值。这些在台达跑步机的随机使用说明中都给出详细的指导说明。
4 结束语
上述对跑步机控制系统中的应用相关问题作了简要讨论,其中核心的问题是如何正确使用变频器,使跑步机发挥最佳的性能,由于台达跑步机充分考虑了各种运行特性,克服了市场上一般跑步机的缺陷,因而台达跑步机更受客户欢迎。