800吨铝材挤压机安装变频调速器后节能情况分析

1 前言

在铝型材挤压过程中，铝棒剪切和挤压用电机为必需的设备，而且耗电量大，其用电量占整个挤压工序用电量的70%～80%。铝棒剪切机及挤压机都是采用液压原理，靠配套的电动机带动液压泵进行工作，且其功率能耗随着挤压机吨位的增大而增大。当铝棒剪切机剪切铝棒和挤压机对铝棒进行挤压时，都是通过液压泵把液压油输送到油缸并产生压力，推动柱塞向前运动，完成铝棒的剪切和挤压工作。当完成上述工作后，液压油再通过液压泵抽出油缸，使油缸产生负压，让柱塞回到工作前的位置。在连续作业的全过程中，除上述两个动作之外，液压泵的电机均处于连续空转用能状态。根据这一现状可知，铝型材挤压过程中的电机具有巨大的节能潜力可挖。随着大规模集成电路和计算机技术的突飞猛进，交流电机的变频调速技术已日趋完善，近年，这一新的技术开始应用于挤压电机上面，取得了较好的节能效果。本文主要介绍这一新技术在挤压电机上的应用，以供同行参考。

2 变频调速器的节能原理

由液压泵调速运行的节电理论可知，对于同一台液压泵，当以不同转速运行时，液压油的流量Q，扬程H，轴功率P与转速n有如下关系：

Q₁/Q₂n₁/n₂  （1）

H₁/H₂（n₁/n₂）²  （2）

P₁/P₂（n₁/n₂）³  （3）

流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比^［2］。由此可见，当降低转速时，功率的减少量比流量的减少量大得多。降低液压泵的转速，就有可能使单位供油量的电耗减少。由电工学可知，电机的转速与输入频率关系如下：

n=60f（1－s）/p  （4）

式中：f为电源频率；s为滑差率；p为极对数；n为电机的转速。

变频器通过改变电机频率达到无级调速的目的。对于液压泵来说，变频调速供油，就是通过压力变送器检测管网液压，并将液压信号转化为电流信号，反馈给变频器内单片机，单片机根据电流信号调整液压泵电机输入频率，从而使液压泵转速根据挤压机所需功率而改变。如在挤压机停止挤压时，液压泵将减小或停止做功。变频调速器正是通过调速使得电机转速变慢，输出功率减少，从而达到电机耗电量降低的目的。

配合采用SPWM控制方法（脉冲宽度调制技术），电机的旋转磁场可以转化为理想的圆形磁场，转矩脉动小，电机运转平稳，特别是克服了电压型逆变器控制过程电机低速运行时转距脉动大的缺点，可以与不同功率、不同用途的电机相配合，使用范围较广。

3 试验结果与分析

本次应用选择在800吨铝型材挤压电机系统中，在两台56kW的电机上加装一台（SY-E8-系列）对应的变频器进行试验，经测试，结果如下表1所示：

表1  800吨挤压机变频器节能安装前后分析表

如表1可以得知，安装变频器前吨铝材平均耗电144.5 kW·h，安装变频器后吨铝材平均耗电102.6 kW·h，节电效率计算如下：

节电效率＝×100％

＝×100％＝29.0％；

铝棒剪切机系统中，在一台22kW的电机上加装一台（SY-E8-3T22G）变频器进行试验测试的数据，结果如下表2所示：

表2  800吨铝棒自动剪切机变频器节能安装前后分析表

如表2可以得知，安装变频器前吨铝材平均耗电9.59 kW·h，安装变频器后吨铝材平均耗电3.67 kW·h，节电效率计算如下：

节电率＝×100％＝61.7％。

通过本次试验的测试数据计算可知，挤压机液压泵电机上加装该类变频调速器后，节电效率达29.0％，铝棒剪切机液压泵电机上加装该类变频调速器后，运行效果为节电61.7％。且在生产实际过程中，通过安装运用该类变频调速器，不会影响生产效率和产品质量，取得了较好的节能减排效果。

4 结 论

本文扼要介绍了挤压生产工序中铝棒剪切机及挤压机的电机变频改造。通过改造前后电机耗电量测试和比较可知，挤压工序的电机改造具有较大的节能潜力可挖。综上所述，变频调速器在铝型材挤压生产过程中的节能应用是切实可行的。同时根据市场变频调速器价格及节约效率可知，铝型材挤压电机系统采用变频器能够取得良好的企业经济效益，可以作为挤压环节节能改造的重点发展方向进行推广应用。