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用变频器改造大型压延机之方案解析

进入21世纪，国际上的各种能源价格不断上涨，国内的能源价格也同步上涨。一次能源是不可能再生的国家资源，因此节能降耗是我们国家的基本国策和长远方针。温家宝总理2006年3月5日在全国人民代表大会第四次会议上做政府工作报告中提出，2006年国民经济和社会发展的主要预期目标是国内生产总值增长8%左右，而国内生产总值能耗降低4%左右。“十一五”规划《纲要（草案）》则提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%的目标。

塑料、橡胶企业是耗能大户，节能任务艰巨。若想完成上述指标，企业除对制品的制造工艺进行革新之外，还急需节能的新设备和对老设备进行更新改造，特别是装机容量大的设备。当今采用变频器和伺服系统取代直流调速、整流子调速、电磁调速等传统的调速系统是较为有效的节能措施。

改造老橡塑设备是当务之急

我国在加入世界经贸组织（WTO）后，随着大批国外塑胶机械设备与技术的引进，我国的橡胶与塑料机械工业取得了飞速发展。据有关部门统计，近两年我国橡胶机械销售额达到了65亿元，同比增长6,7%。另外，我国有3家企业进入了世界橡胶机械企业10强。

同样，我国的塑料机械工业也行驶在高速发展的轨道上，2006年我国塑料机械销售额突破200亿元，成为全球最大的塑料机械生产国。由于我国塑料机械、橡胶机械的技术水平逐年提高，且具有价格优势，因此除满足内需以外，还大批出口到国外。

目前，虽然我国的塑料厂和橡胶厂的设备大部分已更新换代，选购了国产和进口的高生产效率及自动化水平高的单机、机组和生产线，节能效果显著，代表了当前世界先进水平，但也有一些生产效率低、能耗大的老设备仍在维持使用，如610×1730大型四辊压延机（见图1）。该机是橡塑制品行业的关键设备，在塑料厂用于生产人造革和压延聚氯乙烯薄膜等塑料制品，而在橡胶厂、轮胎厂则主要用于帘布双面贴胶和纺织擦胶、胶料压片。

图1 610×1730大型四辊压延机生产线

610×1730大型组合天线四辊压延机是由一台直流电机通过减速机、速比齿轮系统同时驱动4个辊筒运行的。主要技术规格包括：辊筒直径610mm；辊筒工作长度1730mm；辊筒速度5.4～54m/min；辊筒调距范围0～20mm；驱动电机功率160kW，电机型号ZD，1000r/min，DC220V，单机净重达77000kg。另有分离式可控硅调速系统一套。由于驱动电机为直流220V，故单独配有250kVA、6000～220V电力变压器一台。

该机系我国橡胶塑料机械企业于20世纪60～四面刨床70年代的仿苏产品，虽然已使用了几十年，但机械部分还尚好，国内很多轮胎厂、塑料厂还在维持使用，仍能生产出优质橡胶、塑料制品，但运行能耗大。而且电动机由于自然老化、功率衰减等原因，故障率较高，每年至少停机维修7～8次，每次停产3～5天，严重制约了生产任务的完成。调速系统由于经过长时间的使用，所用电子器件工作不稳定，漂移较多，且大多数元件属淘汰产品，难于选购，致使更换维修困难。因此应对这种大型老设备进行更新改造。通过比较，我们认为采用变频器与伺服技术，应该是一个不错的选择。

变频器的应用与优点

随着社会经济的发展，科学技术的进步，变频器与伺服技术发展很快，装机容量逐渐增大，进口与国产品种增多，性能稳定可靠，性能价格比不断提高。

采用变频器和伺服系统取代直流调速、滑差调速等传统的调速系统，不但节电，而且使运行速度的精度及稳定性都得到了显著的提高，从而进一步满足了生产的需要。采用变频或伺服技术配用异步交流电动机或异步伺服电动机，同比直流电动机、整流子电动机节能20%～30%，同比滑差电动机节能40%～50%。同时，变频或伺服属软起动，无冲击电流、起动平稳、无噪音，而且可提高产品的质量。采用变频或伺服控制技术的其他好处还包括：无附加转差损耗、机械磨损小，可延长机器的使用寿命，降低维修费用；变频器能够满足无级调速、恒扭矩的工艺要求；容易实现协调控制和闭环控制，可以保留和利用原有异步电动机对旧设备进行技术改造；既具有结构简单、可靠、耐用、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果。

基于变频器和伺服系统的众多优点，近几年我国有许多塑料机械和橡胶机械企业在其设备中都使用变频器进行调速。如：大连政华洋塑料机械有限公司在其吹塑薄膜机组系列中，全部以1定的载荷（1般3000kg）把1定大小（直径1般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面采用变频器调节速度。他们还在其SJM30×30－450和SJM35×30－650型塑料挤出吹膜机组中进行工业性实验，通过对用变频器调速和用原电磁调速的比较发现，使用前者一年所节约的电专用肥费，正好相当于更换驱动传动系统所增加的费用。这样只需一年就可收回改造成本；大连橡胶塑料机械用过我们产品的客户都会感觉经久耐用股份有限公司在其新研制的塑料三层共挤出吹塑重包装复合膜机组中采用了12台ABB公司的ACS550－01系列变频电机，实现了协调控制、自动运行，并具有使用维护方便及节能的特点，颇受用户欢迎。

方案选择与实施

理论上，塑料、橡胶用的压延机采用交流变频调速来实现较大幅度节能（20%～50%）是一种较为理想而实用的方法。

鉴于旧压延机存在的问题，以及变频器的功能与优点，经过市场调研与经济技术的分析与认证，我们确定采用三相交流异步电动机和一台交流变频器，更换原来的直流电机调速系统。

因在生产过程中，电动机运行在800～990r/min的时间占总运行时间的95%以上，为进一步节省费用，未选用带强制冷却功能的专用变频电机，而是选择了Y355M、160kW、990r/min三相鼠笼异步电动机。这种交流异步电动机具有结构简单、耐用、可靠、易维护、价格低等特点，在交流变频器的控制下，可实现平滑调速。对于变频器，我们则选用了LGSV160IH-4UCT160kW恒转矩交流变频器。

在交流变频器中，我们设置了多种转矩补偿功能，选择了FUN08：V/F曲线功能的自动补偿档。它能够不断检测负载状态和自动调整压频曲线，以自动补偿转矩及满足低速、高转矩启动的需要。

选择转矩补偿值时，要防止发生励磁现象，因为磁饱和产金旸公益基金开始陆续走进4川大学、北京化工大学、福建师范大学、福州大学、中北京大学学、厦门大学等多所高校生大电流，可导致电机发热。为了防止停机时有能量回馈，我们采取了如下措施：

● 在电控系统中增加延时功能，限制再开机的间隔时间；

● 在变频器输出端，加装交流接触器，切断电能回馈回路；

● 加装电阻器，消耗回馈电能，如图2所示。

图2 消除回馈电能电路图

通过采用上述方案，从根本上消除了610×1730大型四辊压延机的能源回馈现象，在满足了生产工艺和操作的需要的同时，实现了节能目标。

需要注意的是，使用该机也是使用橡胶、塑料压延机的通用法则是，在开始生产时，应低速启动，并运行一段时间，以调整压延工艺，然后逐步加速至正常生产速度。

结束语

中国橡胶塑料机械制造业在小型机上应用交流变频技术已比较普烘干设备遍，而在大型机上应用交流变频技术较少，特别是装机容量在160kW以上的更为少见。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用及控制的发展，变频器性能价格比会越来越高，体积会越来越小，高性能化和多功能化、无公害化将进一步提高，因而交流变频调速技术的应用将会更加普遍。

从发展的眼光看，在交流异步电动机中使用交流变频技术，应当有着相当大的市场空间。

变频器在大型压延机上的应用，为我国橡胶、塑料企业改造老设备、节约能源创出了新路，也为研究设计制造大型节能设备提供了依据。它必将促进我国橡塑机械企业生产出更多性能优良且节能的橡胶塑料机械设备，从而以较高的性价比在竞争激烈的国际市场中赢得更多的份额。