变频器在塑料编织行业中的应用与节能

摘要介绍了变频器在塑料编织行业中的应用及其节能原理，说明变频调速技术在塑编设备上具有推广和应用价值。

关键字：变频器，塑料编织，调速，节能，经济效益

0 引言

塑料编织行业在我国已有近三十年的历史了，塑编行业从无到有、从小到大，已成为国民经济中不可缺少的一部分，在产品包装中占有着举足轻重的地位。

传动技术被广泛的运用在工业设备中，塑编设备也不例外，随着我国制造水平，国内外传动技术的发展，塑编设备已从早期的单电机机械连轴传动向多电机独立调速发展，从最早的滑差电机向直流电机发展，随着变频技术的飞跃发展，变频调速已经成了一种潮流、一种趋势，三相异步电机已经可以运用到塑编设备的各个动力环节，实现了生产线的全变频控制方式。

变频调速具有体积小，重量轻，精度高，通用性强，工艺先进，功能丰富，保护齐全，可靠性高，操作简便等优点，优于以往的任何调速方式，在维护上也比其他控制方式简单，方便。我国工业虽然近年来发展迅猛，但电力资源的发展相对于工业发展来说还存在滞后，直接影响了我国工业的发展，电力消耗也是企业生产中能耗的重要组成部分，直接影响着企业的经济效益。

塑编企业电能的80%左右消耗在各个电机拖动上，交流电动机不仅可以拖动各工艺传动辊还可以拖动风机负荷，具有相当的节电潜力，这也就为变频技术在塑编设备上的应用提供了较为广阔的应用天地。

1 变频调速的原理

变频调速是根据三相异步电机的工作原理而采用的一种调速形式，其电机调速公式为n=60f（1-s）/p，其中：n为电机的转速；p为电机定子绕组的磁极对数；f为电机供电电源的频率；s为转差率。塑编行业中应用的电机一般为4极，其磁极对数为2。我国的电源频率为50Hz，通过公式计算可知，这种电机的同步转速为1500r/min。因此在电机极对数不变的情况下进行调速，根据公式，只有改变电机的供电频率f。而异步电机的转速与同步电机转速相对应，改变电机的供电频率即改变了电机的转速。电源频率增加，同步转速n增加，实际转速也增加；电源频率下降，电机同步转速下降，电机实际转速也下降。这种通过改变电机电压频率的调速方式即为变频调速。在整个变频调速过程中，在一固定的转矩T下，转差率s基本不变，随着电机转速n的下降，电机磁场角速度鬃也减小，电机的输入功率PM=T鬃和输出功率P=PM（1-s）也降低。而损耗没有增加，由此可见，变频调速是电机控制中较为高效的调速方法。电机变频调速能够实现无级调速功能，而且根据不同的负载类型，可以灵活地调节V与f的关系，满足各种场合的运用。

2 变频调速的应用

2.1变频调速在塑编设备挤出机中的应用塑编设备挤出机的种类很多，用途也多种多样，但它们的原理基本一样，即把塑料熔融挤出。

其工作原理为通过螺杆在机筒里旋转，经过固体输送、熔融输送、熔体输送三个环节后，熔体从机筒进入模头。如果是圆模头，熔体挤出模后被牵引、切割分丝，生产成扁丝，也可以吹膜。如是平模头，熔体挤出后被牵引，切割分丝，同样可以生产扁丝。也可以在挤出平模后和编织布、纸等涂模，生产复合布。挤出机的传动系统由调速电机、减速机、联轴节、机座、轴承等组成。它的作用是给螺杆提供稳定的转速和扭据，它为挤出机提供动力和传递扭矩。出于工艺的需求，对于挤出机的螺杆转速有两方面要求，一要求是无级调速，二是要有一定的调节范围，这样才能控制挤出量，以满足不同的原料和加工要求。由于挤出机在启动时其机头压力较大，那么在螺杆从静态到转动时候就需要一个加速的过程，螺杆速度会由慢逐步加快，因而需要调速器控制电机启动时低速平稳运行。在使用过程中，螺杆的压力和挤出机电机的速度也不是一成不变的，在一个工作周期内也存在波动，这在工艺上也是不允许的。这是因为这样一方面造成了动力的浪费，另一方面增加了料筒与螺杆之间的摩擦，产生了大量的热量，这就需要加装冷却风机，从而进一步浪费了能量。同时电机工作在低速的负载上时，功率因数低，电网的无功消耗也大。综合起来，传统的控制方式存在着能量浪费，最佳的工作方式还是采用变频调速方案，其具有负载变化响应快，短时过载能力强的特点，并可以精确控制螺杆的压力。以施耐德变频器ATV71为例，利用内置PID调节回路，实时地控制料筒内的熔体压力，在保证工作需要压力的情况下，大幅度降低了工作能耗，有效改善了电网的质量，并节省了无功功率。

2.2变频调速在牵伸辊上的应用

牵伸辊是塑编设备的重要组成部分，牵伸比的控制，决定着扁丝相对拉断力和断裂伸长率这两个重要指标的控制。同时，它也决定是否劈丝，线密度是否均匀等问题。牵伸比调节控制图如图1所示。

　　以图1为例，实现牵伸比就是在牵引辊和牵伸辊之间形成速差，使得扁丝在两辊之间拉伸，满足工艺的要求。为了保证产品的品质，需要牵伸辊和牵引辊电机具有很高的控制精度，并在同步升速降速时，具有良好