软启动器控制方式在开炼机上的应用

霍春原

（大连营辉机械制造有限公司，辽宁 大连 116039）

软启动器控制方式在开炼机上的应用

霍春原

（大连营辉机械制造有限公司，辽宁 大连 116039）

塑料机械发展极其迅猛的时代，随着轮胎行业的不断需求，开炼机作为塑料加工行业中历史悠久、适用范围广泛的一种简单机械设备，在质量、消耗、生产成本上有着更高、更多的要求；对于重要的驱动执行机的电机要求更是突飞猛进，针对传统的绕线电机控制、电机正反转控制方式、星三角降压启动控制方式等等不能很好的满足开炼机的要求，所以目前大量地应用软启动器控制方式在开炼机上，通过介绍软启动器的原理、具体电气原理控制图、对比几种控制方式结果；确认软启动器在开炼机上的应用使得设备更加稳定、精确、简单和大量地节约成本。

开炼机；控制方式；软启动器

近年来，我国塑料机械随着国民经济的飞速发展，几年前就已经成为名副其实的塑料消耗量和轮胎生产量的大国，但是我国加工的轮胎质量较比国外还是有很大的差距，塑料机械制品的质量、产量、稳定性和生产效率、能耗问题以及自动化水平都是我们要解决的主要问题，塑料机械的种类主要有开炼机、密炼机、压延机、挤出机、硫化机、造粒机等。其中开炼机是制造塑料行业中历史最悠久的并且适用范围也非常的广泛[1]，开炼机是开放式炼胶机和开放式炼塑机的简称，设备结构简单、制造比较容易，也称为“两辊机”，而开炼机作为整条生产线前端设备，其性能的好坏直接关系到生产的连续性，对设备的连续生产能力的决定因素就是控制系统，他能保证设备在过载的情况下整机不受到损坏。

目前，在国内塑料机械加工行业生产的开炼机中，对电机的控制方式要求也是越来越高，国内电机控制方式中大部分还是利用传统的几种控制方式，容易出现起动初期的过电流和过电压，严重地影响了生产的效率，而且在实际中还存在着不少缺陷。然而现在很多普通开炼机中，软启动器的控制方式被用作是设备的典型配置，利用软启动器控制的方式代替以往的传统控制方法进行控制，增加了其运行的可靠性和精确性，提高了自动化程度，是开炼机控制系统的重大应用，从而节约成本、减少设备维护及操作更加方便。

1　开炼机的结构及工作原理

1.1分类及特点

图1　开炼机分类图

开炼机主要用于橡胶、塑料和树脂的塑炼、混炼、热炼、压片和对压延机及挤出机热炼供料等，也可用于再生胶生产过程的破胶和精炼[2]。由图1可知，按开炼机的用途可分为:塑（辊）炼机、压片机、热炼机、破胶机、洗胶机、再生胶粉碎机、精炼机、实验用开炼机等。

1.2结构及工作原理

开炼机主要由辊筒、轴承、机架、压盖、传动装置、调距装置、润滑系统、翻料装置和紧急制动装置组成，开炼机虽然大小结构不同，但是基本结构相同。根据开炼机不同的工作状况和配方工艺，也有不同的辅助装置，主要的辅助装置由翻胶装置、挡胶装置、胶片切割与冷却装置组成。具体结构图如图2所示。

图2　开炼机结构图

开炼机在炼胶过程中主要是依靠两个相对回转的辊筒对胶料产生挤压、剪切作用，经过多次捏炼，以及在这个过程中伴随的化学作用，将塑炼胶内部的大分子链打断，使配方中的各种成分混合均匀，而最后达到炼胶的目的。从两个辊筒间隙中排出的胶片，由于两个辊筒表面速度和温度的差异而包覆在一个辊筒上，重新返回两辊间，这样多次往复，完成炼胶作用。从工作原理中可以发现炼胶过程中温度和速度是极其重要的，目前控制胶的质量主要有几种方法，时间控制法（薄通次数）、温度控制法、能量控制法、直观判断法等。

1.3电机的数学模型

根据开炼机原理可知，炼胶过程中是通过辊筒和胶料的接触产生的各种作用力和反作用力，使胶料完成混炼或塑炼。通过对开炼机炼胶过程的各种分析，辊速为炼胶质量和全自动化程度的影响参数。根据开炼机驱动系统对辊速和速比的要求,不同辊筒转速和两辊之间速比的任意变化的值,通常驱动系统采用电机传动,每个辊筒都配有电机和减速器,一般工艺过程中开炼机所用电机为交流电动机，其结构简单，成本低，维护方便，因此长期以来一直围绕交流电动机的调速问题，由电机学可知，异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为[3]：

N1=60f1/p

式中：

n1——同步转速；

f1——定子频率；

p——磁极对数。

然而，异步电机的转速为

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

式中：S——转差率。

从以上可知，要调节异步电机的转速与磁极对数、转差率、频率息息相关。

我公司生产的开炼机，驱动主电机传统的大部分采用交流绕线式电机，启动时转子接入频敏变阻器启动，采用国产断路器，接触器和继电器控制，工作状态是工频全速运行，速度不可调，可靠性差、故障率高，而且不可以频繁启动。本文阐述采用交流鼠龙电机代替绕线电机，由软启动器控制来驱动，提高开炼机在炼胶过程中的胶料质量和稳定性。

2　电气控制

开炼机的传动系统设计主要包括电动机、减速器、传动制动装置、驱动齿轮和速比齿轮的选择与布局。传动系统的设计直接影响到开炼机的整体，结构等。随着现代电气对工业精密化、高速化、高性能、高质量的不断要求，应用在开炼机设备的电机启动方式由传统的绕线电机直接控制、起保停控制、电机正反转控制、星三角降压启动、自耦变压器启动方式等等发展成现在的软启动器启动方式，因为电机的突然剧烈启动造成过负荷情况，容易造成电机的损坏和对生产过程的可塑性影响。例如传统的星三角降压启动产生的电压和电流瞬间变化容易导致电气故障。本文针对软启动器控制方式的应用展开介绍。

2.1软启动器控制系统的原理

由于三相交流异步电动机的起动转矩与所加定子端电压的二次方成正比，同时电机电流与定子电压成正比，因此可以通过控制加在电机定子上的电压对电机加速转矩和启动电流进行限制，以降低电机启动时所产生的过高启动电流和启动力矩。软启动器就是一种集电机软启动、软停车、软载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，其实质是个调压器，用于电机启动时，输出只改变电压并不改变频率，结构简单，价格便宜[4]。根据交流鼠龙电机的效率高，最大扭矩和额定扭矩小等特点，与软启动器结合一起控制。其包括限流软启动、电压斜坡软启动、转矩控制软启动、电压控制启动。在实际应用中，软启动器具有启动电流小、在启动中过渡自然、节能效果好、多台电机可同时使用一台软启动器等优点。

作为重要驱动执行机构的电动机来说，电动机的控制方式是尤为重要的，既要为智能控制打下良好的基础，又要降低电动机起动时对电网的冲击，所以利用软启动器这种采用电子式电路、可以轻易的通过安全和事故指示灯增强、电压等所有设定值都可以在面板上设定的一种方式。

2.2电动机驱动系统

对电动机的控制要求严格，启动电流不能过大，启动扭矩也不能太小，方案采用软启动器驱动电机，采用ABB新型软启动器系列，具体型号是：PSTB300-600-70；适用于电流18～515 A，电源电压在200～600 V的电动机，由于普通生产过程中不涉及调速，所以利用利用本身软启动器自带的功能即可，又由于电动机启停的时间过短，为了不让电动机能突然停止，在电动机配置抱闸系统的同时，还要在信号上通过时间继电器过度信号时间，其具体连接方式如图3所示。

图3　软启动器控制结构模型

从连接方式上看与星三角连接方式相似，所以称“内三角”，工作时，启动电压逐步增大，电动机速度逐渐增加[5]，直到电机的电压为额定电压的机械特性上，实现了平缓启动，这时降低启动电流，避免了启动时过流而跳闸。电机达到额定转速时，启动过程结束。这种连接特别适合频繁启动和停机的电动机驱动，并且可以自动的处理电机的过电流问题，与单独的限制链路连接简化了设置，并且可以满足最大启动电流。

2.3对比结果

主要通过对绕线电机的控制方式的比较，多年来用户多次出现关于其他控制方式的售后问题，例如频敏变阻器发热损毁，电机耗能大、稳定性差、故障率高等问题；而软启动器是在起动瞬间、结构成本、控制效果等方面都要比其他几种控制方式好。此方案应用后，电机启动电流由原来额定电流的6～7倍下降至3～4倍，压降明显改善。同时减少了启动过程中的转矩，最大额度的消除了设备在起动和停车过程中对电机和电控的冲击，在出现故障时可以停掉高压，并且装有可直接启动电机的真空接触器，保证软启动系统出现故障时直接启动电机，保持生产的连续性，给用户带来了很多的方便。

3　总结

本文实现了软启动器在开炼机生产线上的使用，从开炼机的基本组成结构和工作原理出发，利用电气控制系统对开炼机进行控制并分析开炼机用电机启动方式的传统方法与应用；此外，通过软启动器控制结构的说明与实际生产现象；系统实际运行后克服了以前传统方法的不足，系统运行后大大提高了开炼机胶料可塑性的稳定，也降低了采购成本，节能效果和生产效率大幅度提高，为塑料厂提供了优良的产品设备。

[1] 曾宪奎，吕冲，张宪廷.基于方差分析的开炼机智能炼胶过程优化[J].橡胶技术与装备，2016(63)107～110.

[2] 王飞,张娟.基于变频器驱动的步进式挂胶系统研发[J].橡胶技术与装备，2015(42)48～50.

[3] 曹伟魏.开炼机辊筒的有限元分析及其优化设计[M]. 2013年5月.

[4] 杨国来，马宏远，宋寿鹏 模糊PID双模控制的开炼机液压调距系统设计[J]. 2010年(9)40～43.

[5] 韩亚娜，颜贵春，刘淑华 橡胶塑料开炼机装配步进设计与研究. [J]橡胶技术与装备，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年毕业于大连交通大学电气工程及其自动化专业，学士学位，主要从事橡胶机械设备的电控系统研发。

2016-04-21