恒轉矩應用得益于同步磁阻電機技術(shù)

在雙螺桿擠出機上安裝ABB同步磁阻電機（SynRM）和變頻器成套裝置可使能耗降低高達15%，還可大幅降低電機維護成本并減小可聞噪聲等。

Radius Systems工廠(chǎng)位于英國德比郡, 擁有14條擠出生產(chǎn)線(xiàn), 可生產(chǎn)直徑范圍從16mm到1200mm的聚乙烯管材，以及一套注塑設備, 為天然氣和水輸送等公共事業(yè)公司生產(chǎn)相關(guān)配件。

圖1: Radius Systems為 Polyplastic集團旗下公司，從事電力、電信和建筑行業(yè)用塑料管材系統設計、研發(fā)和生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

該 工廠(chǎng)的八條生產(chǎn)線(xiàn)由直流電機驅動(dòng)，其中很多直流電機的使用壽命已超過(guò)20年時(shí)間。然而，12號生產(chǎn)線(xiàn)利用率很高，但其182 kW 直流電機經(jīng)常出現故 障，導致停工增加和維護成本上升。據該公司估計，每臺電機僅每年的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢查、電刷更換和外包人工成本就達到2000英鎊左右。

圖2：在Radius Systems，為擠出生產(chǎn)線(xiàn)提供動(dòng)力的傳統直流電機正逐漸被交流電機代替，這旨在提高能效，降低維護成本和噪聲。

 “前”“后” 監測

Radius Systems 邀請德比郡地區的ABB授權價(jià)值提供商Inverter Drive Systems（IDS）對12號生產(chǎn)線(xiàn)上的直流電機進(jìn)行“前”“后”監測。這一舉 動(dòng)證實(shí)了其節能潛力, 同時(shí)確認采用交流電機和變頻器成套裝置將滿(mǎn)足Radius Systems三年資本投資回收期政策的要求。

圖3：Radius Systems成立于1969年，是唯一一家提供覆蓋整個(gè)管材生命周期解決方案的供應商。

IDS銷(xiāo)售工程師Phil Nightingale表示：“監測應用對成功安裝設備至關(guān)重要。監測使我們能夠準確地確定真正的節能潛力，這意味著(zhù)我們可以恰當選擇交流電機和變頻器的型號。通常，我們能夠縮小所需要的電機和變頻器成套裝置的尺寸，同時(shí)超越生產(chǎn)目標要求?！?/p>

IDS 正是通過(guò)監測確定了12號生產(chǎn)線(xiàn)直流電機的轉速范圍。相關(guān)監測數據表明，該直流電機對12號生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)型號過(guò)大，因此造成很多不必要的能耗。同時(shí)，盡管 Radius Systems定期對電機進(jìn)行維護，但是由于電機的使用壽命已超過(guò)20年，其效率已遠不及最初的設計值。

圖4：Radius生產(chǎn)直徑16mm到1200mm的聚乙烯管材，以及用于天然氣和給排水公用事業(yè)公司的相關(guān)配件。

節能“帶寬”

據估計，面向12號生產(chǎn)線(xiàn)的SynRM成套解決方案的節能潛力在8-15%之間，投資回收期在兩年之內。另外，通過(guò)消除直流電機的維護需求，成本預計將降低2000英鎊以上。

Radius Systems 工 程經(jīng)理Rob Betts表示：“我們很難量化選擇一個(gè)能夠提供準確能耗計量數據的確切生產(chǎn)周期，因此我們估計節能潛力在8-15%之間。實(shí)際節能效益將 取決于多個(gè)過(guò)程變量，比如原料類(lèi)型、不同的產(chǎn)品系列和配置、壓模和料筒溫度和一般周?chē)h(huán)境條件。例如，低溫天氣能耗較高，這是因為過(guò)程預熱需要更多能 量?！?/p>

圖5 和圖 6：Radius的產(chǎn)品重量輕、易安裝，且針對新更換的基礎設施進(jìn)行了優(yōu)化。Radius產(chǎn)品優(yōu)化利用原料，具有諸多特色，包括出色的阻隔性能、應用專(zhuān)用涂層和簡(jiǎn)化焊接工作。

先進(jìn)技術(shù)

SynRM是一款配備ABB工業(yè)變頻器ACS880的200 kW 1500 rpm IE4 解決方案，其額定功率為200 kW，額定轉速為 1500 rpm，能效等級為 IE4，此解決方案的系統效率比標準交流感應電機和變頻器成套解決方案更高。同時(shí)，該成套裝置的噪聲遠比現有的直流電機要小得多。Betts 表示：“SynRM 大大降低了生產(chǎn)車(chē)間的噪聲，這項好處是我們之前未曾想到的。盡管我們還未測量噪聲水平，但是每個(gè)人都注意到整個(gè)工廠(chǎng)的噪聲明顯降低了，這本身就是一個(gè)鼓舞人心的‘測量結果’?！?/p>

現有直流電機的實(shí)際占地空間對我們提出了挑戰。Betts 表示：“直流電機通常為細長(cháng)型，而交流電機通常較短且直徑較大?！比欢?，SynRM比傳統感應電機可以小兩個(gè)機座號，這為直接替換直流電機帶來(lái)很大好處。

圖7： 200 kW IE4 SynRM電機整齊地安裝到擠出機用直流電機騰出的空間。 

恒轉矩挑戰

盡 管SynRM已在諸如泵機、風(fēng)機和壓縮機這些二次轉矩應用上試驗成功，但是在例如擠出機這類(lèi)恒轉矩應用上的成功案例極少。盡管缺少恒轉矩應用成功案 例，Betts仍然對該解決方案充滿(mǎn)信心：“我們從未認為采用這一新技術(shù)是在冒險。該解決方案已被廣泛試驗，而且我們對一流的ABB品牌充滿(mǎn)信心。因此， 我們從未認為這是一次冒險。我們能夠制定周密計劃，將直流傳動(dòng)更換為SynRM，以便在短短5天時(shí)間內完成所有安裝和調試工作?！?/p>

圖 8 和圖 9：經(jīng)證明，SynRM電機和變頻器成套裝置在Radius Systems擠出生產(chǎn)線(xiàn)的恒轉矩應用中與在泵機和風(fēng)機等二次轉矩應用中一樣有效。

按時(shí)、按預算交付

Betts最后表示：“我們是否會(huì )再次考慮SynRM成套解決方案？答案是必然會(huì )。IE4和更高效率是未來(lái)的方向。如果價(jià)格具有競爭力，投資回報合理而且技術(shù)交付符合我們的時(shí)間要求，那么我們會(huì )毫無(wú)猶豫地選擇使用SynRM?！?/p>

“我們工廠(chǎng)安裝了300臺左右電機，其中大約20%為變速電機。在成功安裝SynRM 成套裝置和獲得IDS服務(wù)支持之后，我們已決定在整個(gè)工廠(chǎng)統一采用ABB變頻器。ABB與IDS建立的合作網(wǎng)絡(luò )對我們十分重要，因為他們能夠在現場(chǎng)為我們提供本地支持?！?/p>

ABB（www.abb.com）是全球電力和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導企業(yè)，致力于幫助電力、工業(yè)、交通和基礎設施等領(lǐng)域客戶(hù)提高業(yè)績(jì)，同時(shí)降低對環(huán)境的影響。ABB集團業(yè)務(wù)遍布全球近100個(gè)國家，擁有13.5萬(wàn)名員工。

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