1、項目介紹

由于塑料加工行業生產的規模化和生產工藝日益的提高，原有的塑料加工機械已經無法滿足客戶的需求，因此有我公司和國內某塑料機械生產企業合作，針對他們原有的塑料吹膜機械進行了改造，提高該機械的技術含量和產品的競爭力，以此來滿足客戶日益提高的要求。

螺旋擠出機械對電機系統的要求是低轉速、大扭矩輸出。然而，目前螺旋擠出機械普遍采用的電機系統是由電機、變頻器及減速機構組成，存在效率低、調速范圍小、耗電大、在負載變化是響應不夠快導致吹出的膜厚度不均、減速機構的定期維護工作繁瑣以及在生產過程中減速機構潤滑油泄漏造成工作環境較臟等缺點。時光科技有限公司采用交流異步電機的伺服控制技術，對塑料吹膜機的螺旋擠出電機系統進行了改造，彌補了以上的不足，為此類機械的產品升級換代提供了一種創新的思路和解決方案。

2、解決方案

時光伺服電機系統采用低速、大扭矩電機和時光伺服控制器取代原有的電機和變頻器，取消了原有傳動機構中的減速機，使系統機械結構得到簡化，并且彌補了上述的不足，使得新型的機械無論在技術含量和加工工藝都有了長足的進步，不僅滿足了客戶的要求，而且在節能、機械維護的簡化、工作環境的改善等方面也有了很大的提高，提高了產品的競爭力。

（1）機械結構

改造前后機械結構如圖1所示。

圖1a 改造前的機械結構圖

圖1b 改造后的機械結構圖

由于該類產品已是定型的產品，所以為了不使相應的配套產品也有過多的改變而提高改造的費用，我們沿用了原有的操作界面，并且留有備用接口提供給廠家，以方便他根據客戶的要求，增加其它用途。其螺桿擠出部分主電機操作界面如圖2所示。

（2）軟件編程

針對吹膜機的技術要求，編寫相應程序來滿足相關要求，其程序設計流程如下所示：

（3）改造案例

改造案例一

改造案例二

3、項目改造效果

塑料螺旋擠出機械的主軸轉速較低，一般在0～160rpm左右。使用普通電機，需要1:10以上的減速機構。時光公司特別研發的低速大扭矩電機采用增加電機極數、降低電機基頻的方法，使電機的額定轉速降到200rpm以下，而電機的輸出轉矩大幅度提高，因而可以減小或取消減速機。為防止故障堵轉損壞電機，保留了一級皮帶或鏈條傳動。

變頻器調速在電機的基頻點是效率和輸出轉矩的最高點，根據其特征曲線，在基頻以下輸出轉矩和效率都在下降，因此為在低速時保證足夠的輸出轉矩，必須加大電機功率。而時光伺服控制器在電機基頻以下保持恒轉矩輸出，具有三倍額定以上轉矩的過載能力。因而時光的伺服控制系統可以以較低的額定轉速到零轉速之間都保證輸出轉矩不小于額定轉矩。根據變頻器控制低速時電機的轉矩下降曲線，伺服控制器可以將電機功率減小到變頻控制的1/2～2/5。

如果使用變頻器驅動低速大扭矩電機，由于其調速范圍小，低速轉矩足，在低頻時工作狀態不良。在低于8Hz的情況下，力矩明顯不足。時光伺服控制器具有0～400Hz的調速范圍，且低頻力矩特性良好，可在低速時平穩精確的控制電機。對于吹膜機等對薄膜厚度有嚴格要求的設備，可以精確控制電機，與變頻器相比具有很大的技術優勢。

4、經濟及社會效益分析

通過廣泛比較，時光伺服控制系統的成本與所取代的系統成本基本持平或略高。

由于取消了減速機，節約了鋼鐵材料、減少了鑄造和機加工工序、減化了安裝調試過程、降低了機械的維護成本。

節約能源，節電率達30-40%，節電的費用對于產品的最終用戶有較大的吸引力。按上述改造案例進行成本分析，電機功率減小7.5kw，按耗電量減5kw計算，每小時5度（kwh）電，一天節電120度（此類機械需要預加熱過程，故連續生產最為經濟）。按工業用電0.75元/度計算，一天節電費用90元；一個月按25天計算，每月節電費用2250元。一個月的節電費用已完全可以收回因采用伺服控制的電機系統所增加的成本，以后的節電費用便可以大大降低用戶的生產成本。