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應(yīng)用案例|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)營成本。

  二、 鋁型材擠壓機(jī)簡介

  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,市場競爭日趨激烈,降低產(chǎn)品單耗、節(jié)約生產(chǎn)成本是提高產(chǎn)品市場競爭力的迫切需要。

  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)、過載能力

  永磁同步電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。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)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(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合。

  正是基于永磁同步電機(jī)有調(diào)速范圍廣、過載能力強(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)出來的一款產(chǎn)品,采用國際領(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),減少頻繁過流報(bào)警故障概率;

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

  (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)對外圍控制回路和傳感器的干擾;

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

  七、投資與回報(bào)

  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)量增長率按5%,每噸型材加工費(fèi)用為1500元。

  1、直接效益

  2、間接效益

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

  (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)、降低液壓油無功泄油而造成長期循環(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

  在我國鋁型材行業(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。對于我國提出的建設(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!

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