0 引言

塑料編織行業(yè)在我國已有近三十年的歷史了，塑編行業(yè)從無到有、從小到大，已成為國民經濟中不可缺少的一部分，在產品包裝中占有著舉足輕重的地位。

傳動技術被廣泛的運用在工業(yè)設備中，塑編設備也不例外，隨著我國制造水平，國內外傳動技術的發(fā)展，塑編設備已從早期的單電機機械連軸傳動向多電機獨立調速發(fā)展，從最早的滑差電機向直流電機發(fā)展，隨著變頻技術的飛躍發(fā)展，變頻調速已經成了一種潮流、一種趨勢，三相異步電機已經可以運用到塑編設備的各個動力環(huán)節(jié)，實現了生產線的全變頻控制方式。

變頻調速具有體積小，重量輕，精度高，通用性強，工藝先進，功能豐富，保護齊全，可靠性高，操作簡便等優(yōu)點，優(yōu)于以往的任何調速方式，在維護上也比其他控制方式簡單，方便。我國工業(yè)雖然近年來發(fā)展迅猛，但電力資源的發(fā)展相對于工業(yè)發(fā)展來說還存在滯后，直接影響了我國工業(yè)的發(fā)展，電力消耗也是企業(yè)生產中能耗的重要組成部分，直接影響著企業(yè)的經濟效益。

塑編企業(yè)電能的80%左右消耗在各個電機拖動上，交流電動機不僅可以拖動各工藝傳動輥還可以拖動風機負荷，具有相當的節(jié)電潛力，這也就為變頻技術在塑編設備上的應用提供了較為廣闊的應用天地。

1 變頻調速的原理

變頻調速是根據三相異步電機的工作原理而采用的一種調速形式，其電機調速公式為n= 60 f(1-s)/ p，其中：n 為電機的轉速;p 為電機定子繞組的磁極對數;f 為電機供電電源的頻率;s 為轉差率。塑編行業(yè)中應用的電機一般為4 極，其磁極對數為2。我國的電源頻率為50 Hz，通過公式計算可知，這種電機的同步轉速為1 500 r/min。因此在電機極對數不變的情況下進行調速，根據公式，只有改變電機的供電頻率f。而異步電機的轉速與同步電機轉速相對應，改變電機的供電頻率即改變了電機的轉速。電源頻率增加，同步轉速n 增加，實際轉速也增加;電源頻率下降，電機同步轉速下降，電機實際轉速也下降。這種通過改變電機電壓頻率的調速方式即為變頻調速。在整個變頻調速過程中，在一固定的轉矩T 下，轉差率s 基本不變，隨著電機轉速n 的下降，電機磁場角速度鬃也減小，電機的輸入功率PM=T鬃和輸出功率P=PM(1-s)也降低。而損耗沒有增加，由此可見，變頻調速是電機控制中較為高效的調速方法。電機變頻調速能夠實現無級調速功能，而且根據不同的負載類型，可以靈活地調節(jié)V 與f 的關系，滿足各種場合的運用。

2 變頻調速的應用

2.1 變頻調速在塑編設備擠出機中的應用塑編設備擠出機的種類很多，用途也多種多樣，但它們的原理基本一樣，即把塑料熔融擠出。

其工作原理為通過螺桿在機筒里旋轉，經過固體輸送、熔融輸送、熔體輸送三個環(huán)節(jié)后，熔體從機筒進入模頭。如果是圓模頭，熔體擠出模后被牽引、切割分絲，生產成扁絲，也可以吹膜。如是平模頭，熔體擠出后被牽引，切割分絲，同樣可以生產扁絲。也可以在擠出平模后和編織布、紙等涂模，生產復合布。擠出機的傳動系統(tǒng)由調速電機、減速機、聯軸節(jié)、機座、軸承等組成。它的作用是給螺桿提供穩(wěn)定的轉速和扭據，它為擠出機提供動力和傳遞扭矩。出于工藝的需求，對于擠出機的螺桿轉速有兩方面要求，一要求是無級調速，二是要有一定的調節(jié)范圍，這樣才能控制擠出量，以滿足不同的原料和加工要求。由于擠出機在啟動時其機頭壓力較大，那么在螺桿從靜態(tài)到轉動時候就需要一個加速的過程，螺桿速度會由慢逐步加快，因而需要調速器控制電機啟動時低速平穩(wěn)運行。在使用過程中，螺桿的壓力和擠出機電機的速度也不是一成不變的，在一個工作周期內也存在波動，這在工藝上也是不允許的。這是因為這樣一方面造成了動力的浪費，另一方面增加了料筒與螺桿之間的摩擦，產生了大量的熱量，這就需要加裝冷卻風機，從而進一步浪費了能量。同時電機工作在低速的負載上時，功率因數低，電網的無功消耗也大。綜合起來，傳統(tǒng)的控制方式存在著能量浪費，最佳的工作方式還是采用變頻調速方案，其具有負載變化響應快，短時過載能力強的特點，并可以精確控制螺桿的壓力。以施耐德變頻器ATV71為例，利用內置PID調節(jié)回路，實時地控制料筒內的熔體壓力，在保證工作需要壓力的情況下，大幅度降低了工作能耗，有效改善了電網的質量，并節(jié)省了無功功率。

2.2 變頻調速在牽伸輥上的應用

牽伸輥是塑編設備的重要組成部分，牽伸比的控制，決定著扁絲相對拉斷力和斷裂伸長率這兩個重要指標的控制。同時，它也決定是否劈絲，線密度是否均勻等問題。牽伸比調節(jié)控制圖如圖1 所示。

以圖1 為例，實現牽伸比就是在牽引輥和牽伸輥之間形成速差，使得扁絲在兩輥之間拉伸，滿足工藝的要求。為了保證產品的品質，需要牽伸輥和牽引輥電機具有很高的控制精度，并在同步升速降速時，具有良好的同步效果。變頻調速系統(tǒng)是高效率和高性能的調速系統(tǒng)，完全滿足工藝要求。

通過改變定子供電頻率，電機轉速可得到寬范圍的無級調節(jié)。對定子電壓(或電源)以及頻率按一定規(guī)律進行協(xié)調控制，可提高傳動系統(tǒng)的運行特性和快速響應特性。如果采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，整個調速系統(tǒng)可獲得精度高且優(yōu)良的傳動特性。根據圖1可以看出，該類負載屬于恒轉矩負載，即不管生產線的速度如何變化，負載的扭矩是不變的。根據公式P=KTn(式中P為軸功率，K 為系數，T 為負載扭矩，n 為電機速度)，可以看出利用變頻調速后，當線速度為電機速度的50%時，電機能耗也只有原先的50%，其節(jié)能效果顯著。

2.3 變頻調速在塑編設備風機中的應用

塑編設備在生產過程中經常使用烘箱，作為扁絲的加熱設備，傳統(tǒng)設計中，一般采用調節(jié)風門來調節(jié)烘箱的風流量。通過物理力學原理我們知道此類負載屬于變轉矩負載，其風流量與電機轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，當需要減小風流量時，降低電機速度，電機功耗將大幅度的降低。例如當流量降為原先流量的80%時，電機功率為原先的51%，下降了一半，因此變頻調速在風機上的節(jié)能效果是顯著的。

3 變頻調速在塑編設備中的注意事項

在塑編設備中經常采用電壓型變頻器作為變頻調速設備，但在塑編設備中，各牽引輥為了達到一定的拉伸倍數，使得部分調速電機處在電動和發(fā)電兩種狀態(tài)下，而普通的電壓型變頻器前端不具有電源逆變回路，因此當電機工作在發(fā)電狀態(tài)時，電機的反饋能量通過續(xù)流二級管流入了變頻器的直流側，使得濾波電容電壓上升，如電壓過高會引起變頻器過壓保護動作，導致設備故障跳停，甚至燒毀開關變流器件。加裝制動回路能夠解決這一問題，此時電機反饋的能量消耗在制動電阻上。為了節(jié)約能量，可以把相近功率的調速器的直流母線相連，這樣當某個電機工作在發(fā)電狀態(tài)時，電機反饋回來的能量流入其它變頻器的直流母線中，被其它電機所利用，防止了能量的浪費。當然如果條件允許，可給整個調速系統(tǒng)加設直流電源裝置來為系統(tǒng)供電，這也是節(jié)能的一個不錯的選擇，但成本太大，一般不采用。

4 結語

現在，變頻調速已經成為節(jié)約能源的一個重要手段，引起了人們的普遍關注。不僅因為交流拖動負荷在企業(yè)的總用電量中占有很大的分量，對該種負荷進行能源優(yōu)化，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益;而且交流拖動系統(tǒng)具有很大的節(jié)電潛力。

在設備拖動設計中，交流電機及其所拖動的機械往往都留有一定的裕量，而且一般也不總是在最大負荷下運行;輕載時，通過對電動機的速度進行控制改變某些工作機械的工況，就可達到節(jié)電的目的。

交流電機采用變頻調速技術是現今調速系統(tǒng)的趨勢，它具有體積小、重量輕、精度高、通用性強、工藝先進、功能豐富、保護出色、可靠性高、操作簡便等優(yōu)于以往任何調速方式的特點。并且隨著電子技術的發(fā)展，變頻器的制造成本明顯降低，它的經濟效益也越來越大。