高壓變頻器在密煉機上的應用

文介紹了匯川HD71系列高壓變頻器在密煉機上的應用，密煉機系統經(jīng)過(guò)變頻改造后，克服了傳統調速方案帶來(lái)的啟動(dòng)電流大、轉矩響應時(shí)間長(cháng)、配方單一等缺點(diǎn)。

橡膠制品在我們的日常生活和生產(chǎn)過(guò)程中應用非常廣泛，橡膠行業(yè)也是一個(gè)巨大的行業(yè)，中國每年都會(huì )有消耗幾十萬(wàn)噸的橡膠制品，膠制品的主要原料是生膠、各種配合劑、以及作為骨架材料的纖維和金屬材料，橡膠制品的基本生產(chǎn)工藝過(guò)程包括塑煉、混煉、壓延、壓出、成型、硫化6個(gè)基本工序。

密煉機

橡膠的加工工藝過(guò)程主要是解決塑性和彈性矛盾的過(guò)程，通過(guò)各種加工手段，使得彈性的橡膠變成具有塑性的塑煉膠，再加入各種配合劑制成半成品，然后通過(guò)硫化把具有塑性的半成品又變成彈性高、物理機械性能好的橡膠制品。

密閉式煉膠機簡(jiǎn)稱(chēng)密煉機，主要用于橡膠的塑煉和混煉。密煉機是一種設有一對特定形狀并相對回轉的轉子、在可調溫度和壓力的密閉狀態(tài)下間隙性地對聚合物材料進(jìn)行塑煉和混煉的機械，主要由密煉室、轉子、轉子密封裝置、加料壓料裝置、卸料裝置、傳動(dòng)裝置及機座等部分組成。

目前，國內大多數廠(chǎng)家采用了工頻恒速模式傳動(dòng)，電機通過(guò)減速機直接拖動(dòng)密煉機轉子運動(dòng)：整個(gè)過(guò)程中，包括投入塑料膠及小料、分批加入大料、進(jìn)一步翻撿，混合和分散、排料等幾個(gè)不同的工藝階段，但在電機恒速拖動(dòng)下造成了以下幾個(gè)問(wèn)題：

1. 啟動(dòng)電流大

密煉機工頻啟動(dòng)時(shí)，電機瞬間電流高達正常運行6~10倍，容易對電網(wǎng)造成影響，造成電網(wǎng)被拖垮，同時(shí)電機啟動(dòng)時(shí)沖擊力矩過(guò)大，容易造成電機損壞。

2. 轉矩響應時(shí)間長(cháng)

密煉機運行周期一般在3-6min，其中高過(guò)載運行時(shí)間一般在2%左右，即3.6-7.2s，分兩至三次進(jìn)行，每次轉矩響應要求在毫秒級時(shí)間內進(jìn)行，長(cháng)期工頻運行電流沖擊對電機損壞非常嚴重。

3. 配方單一

傳統密煉機采用減速箱作為傳動(dòng)裝置，減速機減速比單一，所以密煉機只能進(jìn)行制定配方的混煉，如果需要更換配方，則需要對減速機進(jìn)行改裝，使之適應更改后配方的速度，這樣會(huì )使生產(chǎn)周期延長(cháng)，降低生產(chǎn)效率，減少用戶(hù)效益。

4. 故障后無(wú)應急處理措施

密煉機負載變化大，響應時(shí)間短，所以對電機損害很大，當電機發(fā)生故障時(shí)，系統無(wú)法針對故障采取處理措施，導致膠料在密煉機容室內硬化，對機械和生產(chǎn)造成很大影響。

以上缺點(diǎn)都給企業(yè)造成了很多直接或間接的經(jīng)濟損失，這與現在創(chuàng )建節能型社會(huì )是不相符合的，因此對密煉機進(jìn)行變頻改造對節約社會(huì )能源、增加企業(yè)的經(jīng)濟效益都具有非?，F實(shí)的經(jīng)濟意義和社會(huì )意義。

二、現場(chǎng)情況

山東某輪胎廠(chǎng)，一期工程包括4條全鋼輪胎生產(chǎn)線(xiàn)和4條半鋼生產(chǎn)線(xiàn)，每條生產(chǎn)線(xiàn)上配置有一臺2500KW電機驅動(dòng)的密煉機和一臺1250KW電機驅動(dòng)的密煉機，且每臺密煉機都配置高壓變頻器進(jìn)行調速，該輪胎廠(chǎng)13年采購匯川高壓變頻器，并在13年10月份投運。

此應用挑選了全鋼一臺GK400的密煉機作為描述對象，密煉機相關(guān)技術(shù)參數如下：

三、方案描述

3.1變頻系統介紹

根據密煉機對變頻器的特殊要求，蘇州匯川技術(shù)有限公司選配變頻器的型號為HD71-J100/2500-DB，該產(chǎn)品是蘇州匯川技術(shù)有限公司專(zhuān)門(mén)針對密煉機而開(kāi)發(fā)的行業(yè)轉機，該變頻器采用先進(jìn)的磁鏈閉環(huán)控制，具有啟動(dòng)無(wú)沖擊、過(guò)載能力強、低頻大轉矩、點(diǎn)動(dòng)排膠、單元旁路、操作方便、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。

3.1.1一次系統方案圖

3.1.2 HD71控制原理及技術(shù)特點(diǎn)

電網(wǎng)電壓經(jīng)主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個(gè)功率單元為一個(gè)單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯(lián)星接后形成三相變頻電源給高壓電動(dòng)機供電。根據串聯(lián)單元級數的不同，產(chǎn)品分為6kV、10kV兩個(gè)系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數高，輸入電壓電流諧波小。滿(mǎn)足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流最嚴格的諧波失真要求。無(wú)需任何功因補償和諧波抑制裝置。變頻器輸出采用多重化PWM技術(shù)，輸出為近乎完美的正弦波，無(wú)須加輸出濾器。電動(dòng)機諧波損耗小，轉矩脈動(dòng)小，無(wú)明顯電動(dòng)機噪聲。電動(dòng)機不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對電動(dòng)機無(wú)附加電應力損害。

功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經(jīng)IGBT H橋逆變后輸出脈寬調制(PWM)電壓。功率單元控制板由IGBT驅動(dòng)電路和監測保護電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運行中功率單元故障時(shí)，變頻器可將故障單元自動(dòng)旁路并繼續運行，等到情況允許時(shí)再停機排除故障。

匯川公司HD71采用功率單元級聯(lián)式技術(shù)路線(xiàn)，矢量控制高壓變頻器，控制核心采用DSP+ARM+FPGA組成，指令在納秒級完成，因此控制波形和逆變波形可以實(shí)時(shí)校驗。具有國際領(lǐng)先的技術(shù)!

公司所有高壓產(chǎn)品均進(jìn)行滿(mǎn)載72小時(shí)測試，除一些保護功能外，磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)、高頻技術(shù)、快速疊頻技術(shù)、Syn-transfer技術(shù)、非對稱(chēng)旁路技術(shù)、雙路控制電源等功能，這些功能技術(shù)上處于國際領(lǐng)先水平。

公司的電力電子，自動(dòng)控制和計算機等領(lǐng)域具有理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗的優(yōu)秀科研隊伍，長(cháng)期致力于電力電子領(lǐng)域各類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制，對于關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)工藝也作了大量的完善和改進(jìn)，如：其中層疊直流母線(xiàn)的制作工藝保證了直流母線(xiàn)的分布電感最小，有效抑制了功率器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的di/dt電壓尖峰;高密度FPGA貼片工藝保證了控制器在惡劣環(huán)境下能夠長(cháng)期穩定運行;整流橋、功率器件和電解電容的安裝工藝使整個(gè)系統的離散性達到最小，保證質(zhì)量和性能的高度一致性。為保障質(zhì)量和效率，公司還研制了各類(lèi)具有特色的和方便使用的工藝調試工裝，建全了相應的質(zhì)量管理體系。

1) 磁鏈閉環(huán)矢量算法

HD71系列高壓變頻器具備獨有的磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)，是高壓變頻器領(lǐng)域最好的控制算法，它通過(guò)定子坐標系進(jìn)行磁通、轉矩、轉速閉環(huán)控制，采用勵磁電流與轉矩電流解耦控制，綜合了轉子閉環(huán)矢量控制技術(shù)和DTC系統之所長(cháng)，彌補各自的主要不足，使得控制系統具有靜/動(dòng)態(tài)性能好、魯棒性強、調速范圍大等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于要求低頻大轉矩、調速精度高的場(chǎng)合。

2)快速單元旁路技術(shù)

HD71系列高壓變頻器采用單元級聯(lián)方式，當其中某個(gè)單元出現故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過(guò)非對稱(chēng)旁路技術(shù)可以使系統不停機運行。HD71的快速單元旁路技術(shù)可以實(shí)現比傳統旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3) FVC-SVC無(wú)擾相互切換

通過(guò)矢量算法在電機編碼器故障時(shí)自動(dòng)切換至無(wú)編碼器控制模式，減少由于編碼器故障造成的影響。

此項技術(shù)對于密煉機控制精度和生產(chǎn)效率有很大的提升，有效解決了因編碼器故障造成的停產(chǎn)(編碼器故障時(shí)別家公司易造成停機，影響極大)，目前其他公司無(wú)此技術(shù)。

4) 大功率點(diǎn)動(dòng)技術(shù)

在正常工作時(shí)，HD71驅動(dòng)密煉機電機正常運動(dòng);當密煉機系統發(fā)生故障或發(fā)生堵膠現象時(shí)，變頻器可以通過(guò)點(diǎn)動(dòng)功能進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)排膠，減少了用戶(hù)因此造成的工時(shí)、工料的浪費。

5)高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二極管、高品質(zhì)電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質(zhì)器件，保證了運行的高可靠性，生命周期長(cháng)。

6) 遠程監控方案

在無(wú)線(xiàn)通訊模式中，通過(guò)3G技術(shù)的支持，數據中心可以24小時(shí)對工藝運行過(guò)程中變頻調速系統相關(guān)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監控。具有以下優(yōu)勢：故障報警及時(shí)，安全系數高;減少了現場(chǎng)維護數據采集、監控的工作量：數據記錄準確：網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)監控，降低了客戶(hù)在OSI網(wǎng)絡(luò )架構物理層建設的投入。

四、變頻改造優(yōu)勢

變頻調速作為近年來(lái)興起的一門(mén)新技術(shù)，它是通過(guò)改變電源頻率來(lái)實(shí)現速度的調節，因其具有調速平穩、瞬態(tài)穩定性高、節能等特性越來(lái)越被人們所重視。相比傳統調速方式，其優(yōu)勢如下：

1) 簡(jiǎn)化了配方更換的過(guò)程。不同的膠料在煉制過(guò)程中需要不同的速度和溫度，采用傳統方案，每一次更改配方都需要改變減速機減速比，費時(shí)費力，嚴重影響了生產(chǎn)效率;

2) 實(shí)現了密煉機的軟啟動(dòng)功能。密煉機啟動(dòng)負載重，長(cháng)期運行易使減速箱高速桿斷裂，造成重大經(jīng)濟損失。

3) 啟動(dòng)平滑，輸出轉矩大，沖擊小，可實(shí)現重載啟動(dòng)。

4) 轉矩響應快。密煉機需要快速進(jìn)行高低轉矩的切換，匯川技術(shù)獨特的電流跟蹤技術(shù)可輕易的解決此項問(wèn)題。

5) 有效的減少了密煉機系統故障對生產(chǎn)的影響，可通過(guò)故障時(shí)點(diǎn)動(dòng)功能快速排料，繼續生產(chǎn)。

6) 節能。密煉機在投料和排料階段通過(guò)低速進(jìn)行，有效的降低能量消耗，節約能源成本。

五、結束語(yǔ)

匯川HD71系列高壓變頻器已經(jīng)在密煉機行業(yè)有幾十臺的應用，標志著(zhù)蘇州匯川技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器對密煉機行業(yè)的特殊應用已經(jīng)達到了國內領(lǐng)先水平，而先進(jìn)的磁鏈閉環(huán)控制算法更是國際首創(chuàng )，同時(shí)針對密煉機特殊的工藝需求，我們配置了點(diǎn)動(dòng)排膠、單元旁路、閉環(huán)切開(kāi)環(huán)等功能，大大提高了密煉機的生產(chǎn)效率，降低了設備的維護量，降低了能耗。

六、現場(chǎng)應用照片

整機圖片

電流電波