變頻器在液壓伺服鋁型材擠壓機(jī)的應(yīng)用

一、引言

在全球能源緊張，節(jié)能的呼聲越來(lái)越高，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)逐漸成為社會(huì)的一道亮點(diǎn)。邁凱諾變頻器利用先進(jìn)永磁同步變頻節(jié)能技術(shù)，在廣東興天下機(jī)械實(shí)行鋁型材擠壓機(jī)節(jié)能改造。實(shí)踐證明，通過(guò)一系列的技術(shù)和管理措施把鋁型材擠壓機(jī)能耗降到最低，即保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)至少可以減少5～10%的經(jīng)營(yíng)成本。

二、 鋁型材擠壓機(jī)簡(jiǎn)介

鋁型材擠壓機(jī)是利用鋁材高溫融化塑性成形原理進(jìn)行壓力加工的一種重要方法，通過(guò)擠壓將鋁棒一次加工成管、T型、L型等型材。鋁型材擠壓機(jī)工作過(guò)程一般分為上料、頂進(jìn)、擠壓、退后、切斷、 上料，周期性循環(huán)，根據(jù)擠壓系數(shù)、擠壓速度等工藝參數(shù)各階段需要液壓動(dòng)力系統(tǒng)的壓力和流量處動(dòng)態(tài)變化。

鋁型材擠壓機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于液壓動(dòng)力系統(tǒng)。液壓設(shè)備的定量泵系統(tǒng)的液壓部分采用異步電動(dòng)機(jī)加油泵系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵從油箱吸油并加壓輸出，經(jīng)各種控制閥控制油的壓力、流量和方向，以保證工作機(jī)構(gòu)以一定的力(或扭矩)和一定的速度按所要求的方向運(yùn)動(dòng)。

三、鋁型材擠壓機(jī)傳統(tǒng)控制存在的問(wèn)題

用轉(zhuǎn)速恒定的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵，油泵會(huì)輸出恒定的流量，但是擠壓系數(shù)、擠壓速度等工藝參數(shù)各階段需要壓力和流量處動(dòng)態(tài)變化，多余的高壓油經(jīng)溢流閥全部回流至油箱，能量存在巨大的浪費(fèi)。

同樣，設(shè)定的壓力、流量越大，流回油箱的浪費(fèi)便越大。當(dāng)浪費(fèi)的能量都變?yōu)闊崮?，將油溫提高還導(dǎo)致很多問(wèn)題，如擠壓成型工藝的不穩(wěn)定，油封需要經(jīng)常更換等。

鋁型材行業(yè)快速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，降低產(chǎn)品單耗、節(jié)約生產(chǎn)成本是提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需要。

四、鋁型材擠壓機(jī)節(jié)能原理

采用永磁同步電機(jī)取代原異步電機(jī)，用齒輪泵（螺桿泵、柱塞泵）取代原葉片泵，另外增加永磁同步驅(qū)動(dòng)器，構(gòu)成鋁型材擠壓機(jī)控制系統(tǒng)，鋁型材擠壓機(jī)永磁同步控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的閥控制，對(duì)生產(chǎn)所需的壓力和流量采用雙閉環(huán)控制，在低壓力下也可以可靠的工作。同時(shí)由于永磁同步電機(jī)具有快速啟停的特點(diǎn)，可以在30毫秒之內(nèi)啟動(dòng)或停止，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油泵的流量和壓力輸出的連續(xù)控制，大大改善油壓機(jī)的重復(fù)精度。永磁同步電機(jī)帶動(dòng)齒輪油泵輸出流量與系統(tǒng)實(shí)際需求壓力速度基本保持一致，實(shí)際需求壓力速度多少永磁同步電機(jī)就輸出多少，這樣就減少齒輪油泵輸出浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能省電。在保壓，冷卻等階段，永磁同步電機(jī)幾乎沒(méi)有電耗。

五、鋁型材擠壓機(jī)永磁同步電機(jī)改造的特點(diǎn)

（1）、控制精度

永磁同步電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器。以旋轉(zhuǎn)編碼器的傳感器脈沖數(shù)1024為例，一般每周可達(dá)到1/1024。

（2）、低頻特性

交流永磁同步電機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低轉(zhuǎn)速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。永磁同步電機(jī)系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。

（3）、矩頻特性

永磁同步電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出，轉(zhuǎn)速爬高，轉(zhuǎn)矩下降。

（4）、過(guò)載能力

永磁同步電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。其大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。

（5）、運(yùn)行性能

永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采集，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

（6）、響應(yīng)性能

永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速2000RPM僅需幾十毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。

正是基于永磁同步電機(jī)有調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)速控制精度高、響應(yīng)速度快、適宜頻繁啟停、輸出相同功率時(shí)較異步電機(jī)體積小、重量輕等上述優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用到鋁型材擠壓機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及系統(tǒng)控制是非常適宜的。

六、邁凱諾KE300F變頻器特點(diǎn)

KE300F系列是邁凱諾最新高性能矢量技術(shù)平臺(tái)上繼續(xù)開發(fā)出來(lái)的一款產(chǎn)品，采用國(guó)際領(lǐng)先的同步機(jī)電流矢量控制技術(shù)（SVC）和TI最新的電機(jī)控制專用數(shù)字處理器，能夠準(zhǔn)確辨識(shí)永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)，動(dòng)態(tài)估算轉(zhuǎn)子速度及磁極位置，輕松驅(qū)動(dòng)各類永磁同步電機(jī)（SPM/IPM），讓同步電機(jī)控制大眾化。具有良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過(guò)載能力，支持多種PG卡等，可用于及各種自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

（1）、牢固的EMC 設(shè)計(jì)；

（2）、采用模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活；

（3）、主控系統(tǒng)采用32 bit高速DSP，集成無(wú)PG矢量控制，V/f控制，轉(zhuǎn)矩控制；

（4）、優(yōu)良的魯棒性能，可以確保負(fù)載能快速起停；

（5）、快速限流功能：可以快速將電流限制在保護(hù)點(diǎn)以內(nèi)，減少頻繁過(guò)流報(bào)警故障概率；

（6）、高功率因數(shù)輸出、無(wú)功功率損耗降低、軟起動(dòng)時(shí)無(wú)大電流沖擊；

（7）、具有故障自動(dòng)復(fù)位、掉電復(fù)位功能，保證生產(chǎn)連續(xù)及生產(chǎn)效率；

（8）、采用先進(jìn)的功率模塊驅(qū)動(dòng)方式，功率因數(shù)高，能有效抑制諧波，消除變頻器運(yùn)行時(shí)對(duì)外圍控制回路和傳感器的干擾；

（9）、完善的保護(hù)功能：過(guò)電壓/欠電壓保護(hù)、變頻器過(guò)熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。

七、投資與回報(bào)

以某公司1800T鋁型材擠壓機(jī)160KW電機(jī)節(jié)能改造為例，原電機(jī)電耗按總功率65%，節(jié)電率按25%，單位電價(jià)0.85元/kwh日均生產(chǎn)24個(gè)小時(shí)，月生產(chǎn)28天，年生產(chǎn)11個(gè)月；產(chǎn)量增長(zhǎng)率按5%，每噸型材加工費(fèi)用為1500元。

1、直接效益

項(xiàng)目實(shí)施后，每年將給企業(yè)節(jié)電總計(jì)￥15.31萬(wàn)元，生產(chǎn)效率的提高帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益￥16.50萬(wàn)元。兩項(xiàng)合計(jì)共計(jì)￥31.81萬(wàn)元。

2、間接效益

項(xiàng)目實(shí)施后，由于設(shè)備的性能提高，帶來(lái)以下間接效益：

(1)、設(shè)備響應(yīng)迅速、生產(chǎn)效率高。

(2)、降低環(huán)境噪音，比原有工況下的噪音降低40%左右。

(3)、降低液壓油無(wú)功泄油而造成長(zhǎng)期循環(huán)，使其液壓油溫度高，增加液壓油使用壽命。

(4)、減少油閥油路因油溫高造成漏油問(wèn)題。

(5)、控制、壓力穩(wěn)定、產(chǎn)品重復(fù)率高，一致性好，節(jié)省原料。

(6)、環(huán)保：環(huán)境溫度降低3℃-8℃。

3、社會(huì)效益

本項(xiàng)目實(shí)施后，年節(jié)約電量約18萬(wàn)千瓦時(shí)，折合標(biāo)煤54噸。減少二氧化碳排放145余噸，有效減少了溫室氣體排放。

八、結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)鋁型材行業(yè)，擠壓機(jī)被大量使用，是不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。實(shí)踐證明，邁凱諾（Micno）KE300F變頻器用于鋁型材擠壓機(jī)的節(jié)能驅(qū)動(dòng)是十分成功的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于我國(guó)提出的建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，邁凱諾變頻器也必在鋁型材行業(yè)得到大力推廣應(yīng)用！

審核編輯：湯梓紅