匯川技術HD92高壓變頻器在橡膠擠出機的應用

李　晨(蘇州市匯川技術有限公司，江蘇 蘇州 215000)

匯川技術HD92高壓變頻器在橡膠擠出機的應用

李晨
(蘇州市匯川技術有限公司，江蘇 蘇州 215000)

匯川技術一臺HD92高壓變頻器成功應用于浙江某現場寬幅膠片擠出壓延生產線上。作為國內首家應用在擠出機生產線上的高壓變頻設備廠家，匯川高壓變頻創新性地解決了擠出機啟動轉矩大，穩速精度高等難題。與此同時，匯川HD92獨特的開閉環控制無擾切換功能更是在實際應用中大放光彩。從現場運行情況來看，匯川HD92高壓變頻器運行可靠，節電明顯，調速性能媲美直流電機，不僅為用戶提高了生產效率，而且節約了生產成本，省心省事，客戶交口稱贊。

高壓變頻器；擠出機；無擾切換；單元旁路

1　設備工況

我國橡膠擠出機的年產量近800臺，生產廠家有50家左右。國內雖然有眾多橡膠螺桿擠出機制造企業。 但具備開發設計能力并在行業中頗有影響者僅有4～5家。隨著冷喂料擠出機的出現和廣泛應用，熱喂料擠出機的應用范圍正逐步縮小。橡膠擠出機由熱喂料向冷喂料發展，冷喂料銷釘式擠出機已成為發展主流。銷釘式擠出機已較多的在我國橡膠工業中應用，現代擠出機作為橡膠行業的重要設備將朝著多螺桿、多流道、多復合發展。

此寬幅膠片擠出壓延生產線項目為新建項目，一般情況擠出機常規方案都是采用低壓直流電機，考慮到工廠低壓用電負荷過大，噪聲過大，電機發熱嚴重及當地政策原因。在我公司的建議下，客戶最終決定使用匯川提供的一整套高壓變頻調速系統。

系統相關參數見表1、表2。

根據電機額定功率，綜合考慮現場工藝等多方面因素，匯川選用型號為HD92-J100/630-DB的高壓變頻器，經實踐驗證，完全滿足現場使用要求。

表1　擠出機參數

表2　電機參數

2　擠出機工藝介紹

此次現場擠出機為銷釘式冷喂料擠出機。銷釘技術的研究開始于20世紀90年代初。 通過將銷釘從機筒圓周方向徑向插入螺桿螺紋槽中，將流動的膠料進行剪切和攪拌。當膠料變成熔體以后，膠體以低剪切速率在螺桿螺紋中流動， 逐漸形成連續的黏流體， 這樣便打破了膠體分子間化學鍵，破壞了膠料在擠出過程中的層流和結塊現象， 達到了膠料塑化好、膠溫低和節能的效果，簡化了生產工藝。

銷釘式擠出機工藝相對于傳統工藝，切好后的生膠無須加熱，直接加入到擠出機里，在擠出機出口端加設雙輥筒機頭，塑煉好的膠料直接壓成膠片，然后進行冷卻堆放。其控制框圖如圖1。

圖1　控制框圖

銷釘式冷喂料擠出機在螺桿結構上較為特殊，在機筒上增加了銷釘，主電機啟動時間段阻力矩較大，這對高壓變頻器的低頻轉矩要求較高。為了保證膠料的塑化性能與致密性，這要求變頻器穩速精度要高同時連續工作的可靠性要有保證。綜合以上擠出機的運行特點與現場工況，擠出機工藝對高壓變頻器的要求如下：

（1）啟動力矩要大。擠出機的工作特性決定了電機必須能夠重載啟動，變頻器的低頻輸出轉矩要好，并有較高的過載能力。

（2）調速性能要好。擠出機轉速要根據排膠速度、混煉時間等因素進行動態調速。這要求穩速精度要高，變頻調速方便，調速范圍大，能滿足各種工況下的調速要求。

（3）特性曲線要硬。要保證負載變化時（如膠料雜質變多，老化嚴重），擠出機轉速基本上不受影響，防止負載大小不同時速降過大，導致可塑度不均，排膠不規則等膠片品質問題，影響客戶生產效率。

（4）工作方式轉換容易。要能夠方便的進行自動、半自動、手動等工作方式的轉換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉換影響正常生產。

3　變頻驅動方案

改造內容：取消原有直流調速系統，重新采購高壓變頻電機與我公司高壓變頻器。其中變頻器的控制與反饋信號通過硬線與現場操作總臺連接，由操作臺控制變頻器的啟停。操作臺顯示屏為三菱一體式觸摸屏，控制核心為兩臺三菱可編程控制器，其中一臺主控，負責擠出機的主程序，第二臺為監控，負責信號打點、報警和后備保護。兩臺PLC有主有從，互有分工，相互監視實現了安全回路的雙線制。高壓變頻器型號為我公司HD92-J100/630-DB，控制方式采用磁鏈閉環矢量控制，同時具備開閉環自動切換功能，當電機編碼器掉線，變頻器可以自動切換到開環矢量控制，保證生產的連續性。

操作臺PLC與變頻器之間采用硬線連接方式，通過4～20 mA模擬量信號調速，驅動電機在0～50 Hz范圍內運行。具體接口信息如圖2所示。

圖2　端口通信圖

變頻器采用兩線式控制模式，通過DI9、DI10兩個端口分別控制變頻器啟動、停止，頻率給定采用4～20 mA模擬量信號，對應變頻器輸出頻率0～50 Hz。

與高壓開關柜聯鎖信號如表3。

表3　與高壓開關柜聯鎖信號

（1）合閘允許：常開接點，閉合有效，此信號串聯在供電高壓開關柜的合閘回路中，當變頻器自檢完成或系統處于工頻狀態時，信號閉合，允許用戶合高壓電；

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（2）高壓跳閘：常閉接點，斷開有效，此信號并聯在供電高壓開關柜的分閘回路上，當變頻器發生重大故障或急停信號有效時，分斷用戶高壓電。

變頻器DO信號，如表4所示。

表4　變頻器DO信號

以上輸出信號全部為獨立無源干接點，默認為常開接點，閉合有效，容量大小為250 V AC 5 A。

變頻器DI信號，如表5所示。

表5　變頻器DI信號

以上輸入信號僅需客戶提供獨立無源干接點，脈沖信號，除急停外，其它信號均默認為常開接點，閉合有效。變頻器AI信號如表6所示。變頻器AO信號如表7所示。

表6　變頻器AI信號

表7　變頻器AO信號

4　匯川高壓變頻方案優勢

4.1先進的異步電機磁鏈閉環矢量控制算法

圖3　矢量控制算法框圖

這種矢量控制算法在保持較高動態性能的基礎上，克服了轉子電阻、電感參數對調速系統性能的影響。對電機轉速控制精度高，加速時電流環響應快，低頻運行時轉矩響應可達750 rad/s，并且能夠實現更高的節電效率。磁鏈閉環矢量控制算法解決了擠出機啟動轉矩大，加速大電流，穩速精度高等高要求，保證了產線可靠運行。

4.2可靠的非對稱機械旁路技術

匯川HD92高壓變頻器功率單元采用兩電平拓撲結構，輸出采用機械旁路設計，整個功率單元由全橋整流、直流濾波、逆變三大部分組成，功率單元拓撲結構如圖4所示。

圖4　功率單元拓撲圖

功率單元整體拓撲結構為交一直一交三相整流/單相逆變輸出結構。整流側為二極管三相全橋整流，將輸入的三相交流整成直流，并通過電容器濾波。逆變側為IGBT模塊H橋單相逆變，通過對逆變橋進行SPWM控制，得到正弦的單相交流輸出。其中每個單元均配備了機械旁路功能，同時采用非對稱旁路技術，可靠性與穩定性大大提升。

如圖5所示，HD92系列高壓變頻器采用單元級聯方式，當其中某個單元出現故障后，通過非對稱旁路技術可以使系統不停機運行。HD92的非對稱技術可以實現比傳統旁路方案更高的電壓輸出幅值，電壓輸出能力相比傳統方式最高能提高20%，這使得整個系統的可靠性大大提高。

圖5　非對稱旁路技術示意圖

4.3柔和快速的飛車啟動功能

HD92系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機旋轉速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進行頻率搜索，直至搜索到與電機實時旋轉頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應頻率，并控制電機旋轉至指定頻率，此技術能有效減少瞬間停電對擠出機生產的影響以及對電網的沖擊，避免了膠料因意外停機凝固在螺桿中的情況。

4.4智能貼心的開閉環自動切換技術

為提高系統的可靠性，HD92具備閉環控制與開環控制的無擾切換，即在編碼器出現故障的情況下不停機。HD92變頻器將在0.05 s內無擾的切換至開環運行，不會影響現場的生產。開閉環無擾切換波形如圖6所示。

圖6　無擾切換電流波形圖

5　結束語

近年來，中國橡膠工業發展較快，在橡膠工業快速發展的推動下，橡膠技術與裝備也得到了長足發展。橡膠擠出機作為橡膠生產中的主要加工設備，與其他橡膠加工設備相比，由于其應用領域廣泛、用途不斷擴展，顯示出了巨大的發展潛力。此次匯川技術HD92系列高壓變頻器成功應用在擠出機設備主電機上，也是匯川技術在不斷開拓新工藝點，推廣市場工藝型變頻設備征途的一個縮影。與此同時，作為國內高壓變頻行業在擠出機應用上第一個吃螃蟹的廠家，這次成功應用也證明了匯川HD92產品的高性能與高可靠性。

匯川技術有限公司依托多年的自動化行業的應用經驗，對橡膠行業的變頻改造具有獨到的方案解決能力。匯川技術有限公司生產的高壓變頻器為采用矢量控制技術的高性能變頻器，產品適用于冶金、電力、化工、市政等多個應用領域。

（XS-02）

普利特斥資逾4億收購美國企業

2015年1月7日，普利特發布重大資產收購方案，公司全資子公司翼鵬投資公司及公司實際控制人周文與交易對方威爾曼控股和自然人Robert Fotsch 簽署《股權購買協議》。根據協議約定，翼鵬投資擬以支付現金的方式購買WPR公司及其下屬的威爾曼塑料和DC Foam的全部股權。根據方案，本次交易支付的對價為7 045.10萬美元（折合人民幣約4.33億元），交易完成后，公司將直接或通過美國子公司間接持有標的公司的全部股權。據介紹，WPR成立于2009年，是一家領先的環保與可持續再生石油基材產品制造商，專注于通過回收利用再生資源，生產塑料產品，其中再生工程塑料樹脂業務主要針對汽車用改性塑料市場。WPR是目前全球領先的利用回收地毯作為原材料的尼龍工程樹脂生產商，其再生尼龍樹脂產品具有良好的物理性能及穩定性，在北美汽車行業三大巨頭（Ford、Chrysler、GM）中占有領先的市場份額，形成了對原生料的替代。值得一提的是，WPR還具有北美較大的回收PET塑料瓶加工處理能力，是北美少數能夠生產食品級再生PET的公司之一。同時，該公司也是美國少數天然羊毛脂提供商之一，客戶包括默克（Merk）、強生（Johnson & Johnson）等制藥公司以及其他化妝品公司等。另外，WPR旗下擁有威爾曼塑料和DC Foam兩家公司，威爾曼塑料成立于2008年，主要從事工程塑料樹脂產品、PET產品以及羊毛脂產品的加工、銷售業務。DC Foam成立于1993 年，主要負責地毯回收業務。財務數據顯示，標的公司在2012年、2013年及2014年1～9月凈利潤分別為560.64萬美元、765.26萬美元、612.66萬美元。公司表示，公司與目標公司的主要業務領域均屬車用改性塑料，在生產技術、產品結構、產品應用、市場分布、主要客戶等方面存在各自的獨特優勢，本次交易有利發揮協同效應，提升公司盈利能力。本次交易完成后，WPR將成為公司布局在北美市場的重要業務單元。

摘編自《上海證券報》

Application of inovance technology HD92 HVC for rubber extruder

Application of inovance technology HD92 HVC for rubber extruder

Li Chen
(Suzhou inovance technology co., LTD., Suzhou ，215000，Jiangsu)

A HD92 HVC which inovance technology company developed applied successfully in a site wide fi lm extrusion on the calender line in Zhejiang province. As the fi rst high voltage frequency conversion equipment manufacturer in domestic that applicated in extruder production line, inovance high voltage frequency conversion solved some diffi culties innovativly such as big start torque, steady speed precision hig. At the same time, inovance HD92 unique open-closed loop control barrier-free switch function shines out in the actual application. Field operation shown that inovance HD92 HVC perform reliably energy saving, high performance comparable to DC motor. Not only improve the production effi ciency, but also the cost，and won the praised from customers.

HVC; extruder; barrier-free switch; unit bypass

TQ330.493

1009-797X(2015)05-0034-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.05.007

李晨，中級工程師，自動化專業學士，從事橡膠行業變頻改造方面的技術管理工作。

2014-10-17