霍春原

（大連營輝機械制造有限公司，遼寧 大連 116039）

軟啟動器控制方式在開煉機上的應(yīng)用

霍春原

（大連營輝機械制造有限公司，遼寧 大連 116039）

塑料機械發(fā)展極其迅猛的時代，隨著輪胎行業(yè)的不斷需求，開煉機作為塑料加工行業(yè)中歷史悠久、適用范圍廣泛的一種簡單機械設(shè)備，在質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)成本上有著更高、更多的要求；對于重要的驅(qū)動執(zhí)行機的電機要求更是突飛猛進，針對傳統(tǒng)的繞線電機控制、電機正反轉(zhuǎn)控制方式、星三角降壓啟動控制方式等等不能很好的滿足開煉機的要求，所以目前大量地應(yīng)用軟啟動器控制方式在開煉機上，通過介紹軟啟動器的原理、具體電氣原理控制圖、對比幾種控制方式結(jié)果；確認(rèn)軟啟動器在開煉機上的應(yīng)用使得設(shè)備更加穩(wěn)定、精確、簡單和大量地節(jié)約成本。

開煉機；控制方式；軟啟動器

近年來，我國塑料機械隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，幾年前就已經(jīng)成為名副其實的塑料消耗量和輪胎生產(chǎn)量的大國，但是我國加工的輪胎質(zhì)量較比國外還是有很大的差距，塑料機械制品的質(zhì)量、產(chǎn)量、穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率、能耗問題以及自動化水平都是我們要解決的主要問題，塑料機械的種類主要有開煉機、密煉機、壓延機、擠出機、硫化機、造粒機等。其中開煉機是制造塑料行業(yè)中歷史最悠久的并且適用范圍也非常的廣泛[1]，開煉機是開放式煉膠機和開放式煉塑機的簡稱，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、制造比較容易，也稱為“兩輥機”，而開煉機作為整條生產(chǎn)線前端設(shè)備，其性能的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)的連續(xù)性，對設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)能力的決定因素就是控制系統(tǒng)，他能保證設(shè)備在過載的情況下整機不受到損壞。

目前，在國內(nèi)塑料機械加工行業(yè)生產(chǎn)的開煉機中，對電機的控制方式要求也是越來越高，國內(nèi)電機控制方式中大部分還是利用傳統(tǒng)的幾種控制方式，容易出現(xiàn)起動初期的過電流和過電壓，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)的效率，而且在實際中還存在著不少缺陷。然而現(xiàn)在很多普通開煉機中，軟啟動器的控制方式被用作是設(shè)備的典型配置，利用軟啟動器控制的方式代替以往的傳統(tǒng)控制方法進行控制，增加了其運行的可靠性和精確性，提高了自動化程度，是開煉機控制系統(tǒng)的重大應(yīng)用，從而節(jié)約成本、減少設(shè)備維護及操作更加方便。

1　開煉機的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1分類及特點

圖1　開煉機分類圖

開煉機主要用于橡膠、塑料和樹脂的塑煉、混煉、熱煉、壓片和對壓延機及擠出機熱煉供料等，也可用于再生膠生產(chǎn)過程的破膠和精煉[2]。由圖1可知，按開煉機的用途可分為:塑（輥）煉機、壓片機、熱煉機、破膠機、洗膠機、再生膠粉碎機、精煉機、實驗用開煉機等。

1.2結(jié)構(gòu)及工作原理

開煉機主要由輥筒、軸承、機架、壓蓋、傳動裝置、調(diào)距裝置、潤滑系統(tǒng)、翻料裝置和緊急制動裝置組成，開煉機雖然大小結(jié)構(gòu)不同，但是基本結(jié)構(gòu)相同。根據(jù)開煉機不同的工作狀況和配方工藝，也有不同的輔助裝置，主要的輔助裝置由翻膠裝置、擋膠裝置、膠片切割與冷卻裝置組成。具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　開煉機結(jié)構(gòu)圖

開煉機在煉膠過程中主要是依靠兩個相對回轉(zhuǎn)的輥筒對膠料產(chǎn)生擠壓、剪切作用，經(jīng)過多次捏煉，以及在這個過程中伴隨的化學(xué)作用，將塑煉膠內(nèi)部的大分子鏈打斷，使配方中的各種成分混合均勻，而最后達到煉膠的目的。從兩個輥筒間隙中排出的膠片，由于兩個輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個輥筒上，重新返回兩輥間，這樣多次往復(fù)，完成煉膠作用。從工作原理中可以發(fā)現(xiàn)煉膠過程中溫度和速度是極其重要的，目前控制膠的質(zhì)量主要有幾種方法，時間控制法（薄通次數(shù)）、溫度控制法、能量控制法、直觀判斷法等。

1.3電機的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)開煉機原理可知，煉膠過程中是通過輥筒和膠料的接觸產(chǎn)生的各種作用力和反作用力，使膠料完成混煉或塑煉。通過對開煉機煉膠過程的各種分析，輥速為煉膠質(zhì)量和全自動化程度的影響參數(shù)。根據(jù)開煉機驅(qū)動系統(tǒng)對輥速和速比的要求,不同輥筒轉(zhuǎn)速和兩輥之間速比的任意變化的值,通常驅(qū)動系統(tǒng)采用電機傳動,每個輥筒都配有電機和減速器,一般工藝過程中開煉機所用電機為交流電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護方便，因此長期以來一直圍繞交流電動機的調(diào)速問題，由電機學(xué)可知，異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為[3]：

N1=60f1/p

式中：

n1——同步轉(zhuǎn)速；

f1——定子頻率；

p——磁極對數(shù)。

然而，異步電機的轉(zhuǎn)速為

N=(1-s)n1=60f1(1-s)/p

式中：S——轉(zhuǎn)差率。

從以上可知，要調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率、頻率息息相關(guān)。

我公司生產(chǎn)的開煉機，驅(qū)動主電機傳統(tǒng)的大部分采用交流繞線式電機，啟動時轉(zhuǎn)子接入頻敏變阻器啟動，采用國產(chǎn)斷路器，接觸器和繼電器控制，工作狀態(tài)是工頻全速運行，速度不可調(diào)，可靠性差、故障率高，而且不可以頻繁啟動。本文闡述采用交流鼠龍電機代替繞線電機，由軟啟動器控制來驅(qū)動，提高開煉機在煉膠過程中的膠料質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2　電氣控制

開煉機的傳動系統(tǒng)設(shè)計主要包括電動機、減速器、傳動制動裝置、驅(qū)動齒輪和速比齒輪的選擇與布局。傳動系統(tǒng)的設(shè)計直接影響到開煉機的整體，結(jié)構(gòu)等。隨著現(xiàn)代電氣對工業(yè)精密化、高速化、高性能、高質(zhì)量的不斷要求，應(yīng)用在開煉機設(shè)備的電機啟動方式由傳統(tǒng)的繞線電機直接控制、起保?？刂?、電機正反轉(zhuǎn)控制、星三角降壓啟動、自耦變壓器啟動方式等等發(fā)展成現(xiàn)在的軟啟動器啟動方式，因為電機的突然劇烈啟動造成過負(fù)荷情況，容易造成電機的損壞和對生產(chǎn)過程的可塑性影響。例如傳統(tǒng)的星三角降壓啟動產(chǎn)生的電壓和電流瞬間變化容易導(dǎo)致電氣故障。本文針對軟啟動器控制方式的應(yīng)用展開介紹。

2.1軟啟動器控制系統(tǒng)的原理

由于三相交流異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩與所加定子端電壓的二次方成正比，同時電機電流與定子電壓成正比，因此可以通過控制加在電機定子上的電壓對電機加速轉(zhuǎn)矩和啟動電流進行限制，以降低電機啟動時所產(chǎn)生的過高啟動電流和啟動力矩。軟啟動器就是一種集電機軟啟動、軟停車、軟載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，其實質(zhì)是個調(diào)壓器，用于電機啟動時，輸出只改變電壓并不改變頻率，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜[4]。根據(jù)交流鼠龍電機的效率高，最大扭矩和額定扭矩小等特點，與軟啟動器結(jié)合一起控制。其包括限流軟啟動、電壓斜坡軟啟動、轉(zhuǎn)矩控制軟啟動、電壓控制啟動。在實際應(yīng)用中，軟啟動器具有啟動電流小、在啟動中過渡自然、節(jié)能效果好、多臺電機可同時使用一臺軟啟動器等優(yōu)點。

作為重要驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的電動機來說，電動機的控制方式是尤為重要的，既要為智能控制打下良好的基礎(chǔ)，又要降低電動機起動時對電網(wǎng)的沖擊，所以利用軟啟動器這種采用電子式電路、可以輕易的通過安全和事故指示燈增強、電壓等所有設(shè)定值都可以在面板上設(shè)定的一種方式。

2.2電動機驅(qū)動系統(tǒng)

對電動機的控制要求嚴(yán)格，啟動電流不能過大，啟動扭矩也不能太小，方案采用軟啟動器驅(qū)動電機，采用ABB新型軟啟動器系列，具體型號是：PSTB300-600-70；適用于電流18～515 A，電源電壓在200～600 V的電動機，由于普通生產(chǎn)過程中不涉及調(diào)速，所以利用利用本身軟啟動器自帶的功能即可，又由于電動機啟停的時間過短，為了不讓電動機能突然停止，在電動機配置抱閘系統(tǒng)的同時，還要在信號上通過時間繼電器過度信號時間，其具體連接方式如圖3所示。

圖3　軟啟動器控制結(jié)構(gòu)模型

從連接方式上看與星三角連接方式相似，所以稱“內(nèi)三角”，工作時，啟動電壓逐步增大，電動機速度逐漸增加[5]，直到電機的電壓為額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)了平緩啟動，這時降低啟動電流，避免了啟動時過流而跳閘。電機達到額定轉(zhuǎn)速時，啟動過程結(jié)束。這種連接特別適合頻繁啟動和停機的電動機驅(qū)動，并且可以自動的處理電機的過電流問題，與單獨的限制鏈路連接簡化了設(shè)置，并且可以滿足最大啟動電流。

2.3對比結(jié)果

主要通過對繞線電機的控制方式的比較，多年來用戶多次出現(xiàn)關(guān)于其他控制方式的售后問題，例如頻敏變阻器發(fā)熱損毀，電機耗能大、穩(wěn)定性差、故障率高等問題；而軟啟動器是在起動瞬間、結(jié)構(gòu)成本、控制效果等方面都要比其他幾種控制方式好。此方案應(yīng)用后，電機啟動電流由原來額定電流的6～7倍下降至3～4倍，壓降明顯改善。同時減少了啟動過程中的轉(zhuǎn)矩，最大額度的消除了設(shè)備在起動和停車過程中對電機和電控的沖擊，在出現(xiàn)故障時可以停掉高壓，并且裝有可直接啟動電機的真空接觸器，保證軟啟動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時直接啟動電機，保持生產(chǎn)的連續(xù)性，給用戶帶來了很多的方便。

3　總結(jié)

本文實現(xiàn)了軟啟動器在開煉機生產(chǎn)線上的使用，從開煉機的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)，利用電氣控制系統(tǒng)對開煉機進行控制并分析開煉機用電機啟動方式的傳統(tǒng)方法與應(yīng)用；此外，通過軟啟動器控制結(jié)構(gòu)的說明與實際生產(chǎn)現(xiàn)象；系統(tǒng)實際運行后克服了以前傳統(tǒng)方法的不足，系統(tǒng)運行后大大提高了開煉機膠料可塑性的穩(wěn)定，也降低了采購成本，節(jié)能效果和生產(chǎn)效率大幅度提高，為塑料廠提供了優(yōu)良的產(chǎn)品設(shè)備。

[1] 曾憲奎，呂沖，張憲廷.基于方差分析的開煉機智能煉膠過程優(yōu)化[J].橡膠技術(shù)與裝備，2016(63)107～110.

[2] 王飛,張娟.基于變頻器驅(qū)動的步進式掛膠系統(tǒng)研發(fā)[J].橡膠技術(shù)與裝備，2015(42)48～50.

[3] 曹偉魏.開煉機輥筒的有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計[M]. 2013年5月.

[4] 楊國來，馬宏遠，宋壽鵬 模糊PID雙模控制的開煉機液壓調(diào)距系統(tǒng)設(shè)計[J]. 2010年(9)40～43.

[5] 韓亞娜，顏貴春，劉淑華 橡膠塑料開煉機裝配步進設(shè)計與研究. [J]橡膠技術(shù)與裝備，2015(42)54～57.

（R-03）

Application of soft starter control in open mill

Application of soft starter control in open mill

Huo Chunyuan
（Dalian Yinghui Machinery Manufacturing Co.， Ltd.， Dalian 116039， Liaoning， China）

Today is the extremely rapid development era for plastic machinery. With the increasing demand for tire industry， as a kind of simple mechanical equipment with long history and wide application scope， open mills has higher and more requirements in in quality， consumption， and production cost； The requirements for an important drive actuator motor is by leaps and bounds. Due to the traditional winding motor control， reversing motor control and star delta reduced voltage starting control mode cannot meet the requirements of the open mill， soft starter control mode is widely used in the open mill. This paper introduces the principle and specific electrical principle control diagram of the soft starter， compares several control results； confirms that the application of soft starter in the open mill makes the equipment more stable，accurate and simple， and saves a lot of costs.

open mill； control mode； soft starter

TQ320.43

1009-797X(2016)14-0022-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.006

霍春原（1988-），男，2011年畢業(yè)于大連交通大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，主要從事橡膠機械設(shè)備的電控系統(tǒng)研發(fā)。

2016-04-21