富士G7变频器在金属拉丝机上的应用

    一、活套式拉丝机对电力拖动提出的要求

    在金属制品行业中，活套拉丝机是一种常用的机械，以其拉拔效率高、工艺性能好、磨耗小等优点而得以广泛应用。由于拔丝工艺要求拉丝机启动平稳，能无级调速，低速时启动力矩大，过去一直采用直流拖动。但用直流电机拖动由于生产环境十分恶劣，使电机整流子磨损严重、维护困难、故障率高，因此，近年来直流电机拖动已被交流变频调速拖动所代替。活套式拉丝机为多道次拉拔，其工艺流程示意图如图13-1所示。在进行拉拔时，钢丝坯通过第一个模到第一个转筒，经活套冉穿过第二个模到第二个转筒，依此类推。钢丝通过拉模时，由于模孔呈锥形，使钢丝强迫变形而直径变小。显然，钢丝每通过一个模孔时直径和长度均发生变化，但每个转筒之间的金属丝秒流量应保持相等。这样只要调节好每个转筒的速度，完全可以使各转筒问金属流量相等，从而实现正常拉拔。

    图13-1    活套式拉丝机工艺流程示意图

    在拉拔过程中，由于钢丝抗拉强度、拉模的磨损等因素仍可造成电机力矩的变化，从而影响电机转速的波动，需要自动调整转速。

    除了以上的内部和外部条件外，拉丝机的启动和停车的同步亦是不可忽略的问题，需要认真解决。

    二、变频器用于拉丝机拖动

    下面艾特贸易小编介绍的系统选用富士G7变频器，该型号变频器的频率分辨率高且稳定性好，启动、停车能自动实现加/减速控制，很适合用于拉丝机拖动。G7型变频器是一种通用变频器，单台使用时控制简单方便；但若多台联动，且各台机在同一时间内速度上升斜率不同，就有可能造成启动或停车时转筒之间产生不同步的现象，造成钢丝拉断，不能正常运行。

    为此，设计了一种反串给定控制电路，如图13-2所示。由图可知，在各台机器之间加入PI调节器，因设置的积分时间极短，从第四台至第一台机启动时间差很小。这样只要利用第五台PWM变频器上的给定积分器，就可以控制整套机组的启动（停车）时间。此外，调整每台给定信号的电位器，就可方便地使速度同步。

    图13-2    反串给定控制电路

    再进一步分析PI调节器与活套位置的调整，由图13-3可知，活套由正常位置到极限位置钢丝绳长度的变化为L=L1+L2=1.2(m)，被拉钢丝直径Φ=1.8 mm时，转筒的线速度为4.32m/s，则所需时间

而系统使用的PI调节器的动态响应时间为

    t= RC - 0.1×10-6×17.2 = 17.2(ms)

    该时问和活套由正常位置到极限位置所需时间相差甚远。因而，采用反串给定电路后，不会使钢丝绳拉断或松套。

    图13-3    活套示意图

    三、同步设计

    拉丝机是一种多台联动拖动系统，在应用开环变频调速后，要求各台变频器速度上升的斜率和频率值大体相同。现根据工艺要求进行五台机的频率设计。设拉拔路线为钢绳直径Φ3.4→Φ3.14→Φ2.7→Φ2.4→Φ2.15→Φ1.96→Φ1.8，并设第一台n1=n，则

    设机械传动比i1= 15，则第一台电动机转速n1d=15n，故

    第二台机械传动比i2=12.66，n2d=16n

同理，第三台整定f3= 0.666n，第四台整定f4=0.74n，第五台整定f5=0.69n。

    由各台电机整定频率可见，最高频率与最低频率不能大于1.2倍，才可稳定开车。

    四、运行效果

    拉丝机变频调速系统自开车以来，已运行三年半，工作正常，其技术性能如下：

    最高拉拔速度为350n/min，调频范围为0.5～80 Hz;

    成品直径为1.5～2mm，启动时间为0.6～60s;

    变频器频率分辨率为0.01Hz，停车时问为2～3s。

    采用变频调速的优点总结如下：

    ①由于采用交流电动机，电机故障减少，三年来少烧坏29 kW直流电机（原采用）37台。

    ②由直流调速改为交流调速后，故障停机率减少，据统计4台机少停184班。

    ③采用变频器后，与原直流F-D机组相比，功率因数由0.65提高到0.92以上。

    ④采用变频调速后，电耗明显降低。为统计1个月的电耗最，在11号机（改为变频调速）进行电耗计测，而以12号机（原直流F-D发电机组调速）为比照对象，将其产量、合格率、单机班产和耗电量统计如表13-1所示。由表可知．采用变频器后电耗约减少26%。

    表13-1    不同拖动方案的比较

    ⑤采用变频调速后，启动、停车平稳，张力均匀，减少运行过程的跳闸次数。

    五、经济效益分析

    ①4台机每年少烧坏直流电机37台，每台维修费以1500元计算，年节约维修费用约1.6万元。

    ②4台机由于采用变频调速，减少电气故障停机184个班，以每班产量1.5吨计，每吨300元利润计，则年增利税8.28万元。

    ③年节约电能135万kW·h。

    ④投资费用减少80万元。

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