一、引言

  在全球能源緊張，節(jié)能的呼聲越來越高，先進的節(jié)能技術(shù)逐漸成為社會的一道亮點。邁凱諾變頻器利用先進永磁同步變頻節(jié)能技術(shù)，在廣東興天下機械實行鋁型材擠壓機節(jié)能改造。實踐證明，通過一系列的技術(shù)和管理措施把鋁型材擠壓機能耗降到最低，即保護環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益，企業(yè)至少可以減少5～10%的經(jīng)營成本。

  二、 鋁型材擠壓機簡介

  鋁型材擠壓機是利用鋁材高溫融化塑性成形原理進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。鋁型材擠壓機工作過程一般分為上料、頂進、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)各階段需要液壓動力系統(tǒng)的壓力和流量處動態(tài)變化。

  鋁型材擠壓機的動力來源于液壓動力系統(tǒng)。液壓設(shè)備的定量泵系統(tǒng)的液壓部分采用異步電動機加油泵系統(tǒng)，電動機帶動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，以保證工作機構(gòu)以一定的力(或扭矩)和一定的速度按所要求的方向運動。

  三、鋁型材擠壓機傳統(tǒng)控制存在的問題

  用轉(zhuǎn)速恒定的異步電機驅(qū)動定量泵，油泵會輸出恒定的流量，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。

  同樣，設(shè)定的壓力、流量越大，流回油箱的浪費便越大。當(dāng)浪費的能量都變?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、鋁型材擠壓機節(jié)能原理

  采用永磁同步電機取代原異步電機，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)動器，構(gòu)成鋁型材擠壓機控制系統(tǒng)，鋁型材擠壓機永磁同步控制系統(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。同時由于永磁同步電機具有快速啟停的特點，可以在30毫秒之內(nèi)啟動或停止，從而實現(xiàn)對油泵的流量和壓力輸出的連續(xù)控制，大大改善油壓機的重復(fù)精度。永磁同步電機帶動齒輪油泵輸出流量與系統(tǒng)實際需求壓力速度基本保持一致，實際需求壓力速度多少永磁同步電機就輸出多少，這樣就減少齒輪油泵輸出浪費，達到節(jié)能省電。在保壓，冷卻等階段，永磁同步電機幾乎沒有電耗。

  五、鋁型材擠壓機永磁同步電機改造的特點

  （1）、控制精度

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

  （2）、低頻特性

  交流永磁同步電機電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低轉(zhuǎn)速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。永磁同步電機系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。

  （3）、矩頻特性

  永磁同步電機為恒力矩輸出，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

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

  （5）、運行性能

  永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采集，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(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有調(diào)速范圍廣、過載能力強、運行穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)速控制精度高、響應(yīng)速度快、適宜頻繁啟停、輸出相同功率時較異步電機體積小、重量輕等上述優(yōu)點，應(yīng)用到鋁型材擠壓機的動力驅(qū)動及系統(tǒng)控制是非常適宜的。

  六、邁凱諾KE300F變頻器特點

  KE300F系列是邁凱諾最新高性能矢量技術(shù)平臺上繼續(xù)開發(fā)出來的一款產(chǎn)品，采用國際領(lǐng)先的同步機電流矢量控制技術(shù)（SVC）和TI最新的電機控制專用數(shù)字處理器，能夠準(zhǔn)確辨識永磁同步電動機參數(shù)，動態(tài)估算轉(zhuǎn)子速度及磁極位置，輕松驅(qū)動各類永磁同步電機（SPM/IPM），讓同步電機控制大眾化。具有良好的動態(tài)特性、超強的過載能力，支持多種PG卡等，可用于及各種自動化生產(chǎn)設(shè)備的同步電機驅(qū)動場合。

  （1）、牢固的EMC 設(shè)計；

  （2）、采用模塊化設(shè)計，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點以內(nèi)，減少頻繁過流報警故障概率；

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

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

  （8）、采用先進的功率模塊驅(qū)動方式，功率因數(shù)高，能有效抑制諧波，消除變頻器運行時對外圍控制回路和傳感器的干擾；

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

  七、投資與回報

  1800T鋁型材擠壓機160KW電機節(jié)能改造為例，原電機電耗按總功率65%，節(jié)電率按25%，單位電價0.85元/kwh日均生產(chǎn)24個小時，月生產(chǎn)28天，年生產(chǎn)11個月；產(chǎn)量增長率按5%，每噸型材加工費用為1500元。

  1、直接效益

  2、間接效益

  項目實施后，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、社會效益

  本項目實施后，年節(jié)約電量約18萬千瓦時，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)，擠壓機被大量使用，是不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。實踐證明，邁凱諾（Micno）KE300F變頻器用于鋁型材擠壓機的節(jié)能驅(qū)動是十分成功的，取得了良好的經(jīng)濟效益。對于我國提出的建設(shè)節(jié)約型社會，減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟和社會意義，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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