型材擠壓機的變頻節能改造應用
bmller 2021-04-21
一、簡述
隨著經濟的發展，各行各業對各種型材的需求日益增加，作為有色金屬(鋅、鋁、銅等)行業的主要加工設備型材擠壓機數量也是越來越多。現有的型材擠壓機械與很多使用液壓為動力的設備一樣，往往電機和油路按最大容量設計，除了在鎖模，擠壓和剪切等過程需要較大的壓力外，很多時候電機的工頻運轉只是浪費了大量的電能。針對此種情況，我們以節能為目的對部分銅擠壓，鋁擠壓機進行了節能改造，由于液壓油路在加載時需要快速啟動、加壓，與注塑機類似，需要較強的轉矩輸出功能，所以，我們建議使用寶米勒MC200G系列變頻器對型材機械進行節能改造。
二、型材擠壓機的節能改造可行性分析以及使用變頻的優勢
1、工況階段節能：
擠壓機在各個階段的所需油壓、流量都不同，工頻運行時，電機以50Hz全速運行，在保壓、開模、冷切，尤其是加料過程，油路的壓力通過回流閥回流到油箱，浪費了大量能源，通過采集所需壓力模擬信號，降低各個階段變頻器的運行頻率，從而降低了擠壓機的無用功。
2、容量節能：
擠壓設備均按照油泵最大流量和壓力時設計的，在運行中不可避免地造成了能量的浪費，當不需要匹配容量的油壓時，適當降低電機運行頻率，可大大節約能量。
3、設備保養：
現有的擠壓設備雖然使用降壓啟動，但啟動時電流沖擊還是很大，導致電網波動也較大，電機設備的壽命大大減少，通過變頻器的電流抑止功能，使電機在啟動時電流不超過其額定電流的2倍，大大提高了設備的使用年限。
4、變頻器優勢：
寶米勒MC200G系列矢量變頻器具有啟動轉矩大，加速時間短，電流抑止能力強，且具有完善的保護功能，對于擠壓設備油壓需求快速的場合，更加體現了優勢。
5、電機保護功能：
由于電網的波動，瞬變、諧波的影響，導致油泵電機瞬間過流過壓。通過變頻器完善的保護功能，可以減少此類故障發生的可能性。
三、鋁型材擠壓機的工作過程分析
下面，根據擠壓機改造為案例進行分析。
該公司現使用的鋁型材擠壓機為XJ-1250型材機。該擠壓機用兩臺55KW的電機進行液壓驅動，其中電機1驅動主機缸等進行擠壓和后退，電機2驅動模座、升錠筒和切刀。擠壓一個鋁錠周期為4-6分鐘，整機的功率是根據其運行過程中最大負荷配備的，每個動作需要油泵輸出的壓力和流量是不同的，而油泵為定量泵，泵出的油是恒定的，通過閥門的調節多余的壓力降在閥上，多余的流量直接回到油箱，即使沒有任何動作時，電機也在額定轉速下運轉，，因此造成電能白白浪費。由于液壓油不斷地循環，很多部件自然產生磨擦損耗，造成油溫增高，故縮短了液壓閥、油封、液壓油和泵的使用壽命。變頻器可以根據鋁型材擠壓機不同的動作對電機進行調速，降低功率輸出，從而達到節能的目的。我們只對電機2進行變頻節能改造。
四、鋁型材擠壓機節能改造方案
針對客戶現有狀況，我們設計了以下節能改造方案，為了避免在變頻狀態出故障時不對生產造成影響，方案采用工頻變頻可切換模式，一旦變頻節能出現問題時可以很方便地切換到工頻狀態，這樣不會影響生產的正常進行。
五、節能改造說明:
1、節電效果明顯，提高電網功率因數、降低無功損耗，同時對變壓器起到增容的作用，緩解增容壓力。
2、該產品與原系統同時使用，不改變原來的電器回路，可進行節能與非節能狀態切換，使用方便。
3、由于電機轉速降低，油泵的磨損也降低，噪音降低，維護成本降低，使用壽命加長。
4、數碼管顯示，使用簡單，可根據需要靈活修改控制參數。
5、對電動機有多種智能保護功能：如：欠壓、過壓、過載、短路等。
六、節能預測及投資回報計算
1、工頻運行能量耗散：
加壓泵在一般生產中最高瞬間峰值電流為112A，待機電流50H，平均電流85A。
工頻狀態按平均工作電流85A計算，功率因數取0.85，單臺時耗電量如下：
P=（380 *1.732*A*j）/1000
=（380*1.732*85*0.85）/1000
=47.6KWh/臺
1臺機年耗能電量計算：每臺機每天輪班工作，基本上每天工作在20小時以上，按每年生產11個月計算，每月30天計算：
P=47.6*20*30*11=314160kWh
按平均電費0.5元計算，1臺泵工作12個月所需電費為￥157080元。
2、變頻運行能量耗散：
變頻器改造后，加壓泵平均電流按減少15A計算，功率因數取0.95，可節約電量如下：
P=（380 *1.732*A*j）/1000
=（380*1.732*15*0.95）/1000
=9.4KWh/臺
1臺機按11個月生產期，年節約電量：
P=9.4*20*30*11
=62040kWh
按平均電費0.5元計算，每年可節開支￥31020元。
以上節能程度可能與實際值有一些差距，最終投資回收期還要看機臺使用率，使用率越高回收期就越短。根據現場實際檢測和反饋，一般一小時節能在15－18度之間。成本回收期在1年左右。
