1 前言

在鋁型材擠壓過程中，鋁棒剪切和擠壓用電機(jī)為必需的設(shè)備，而且耗電量大，其用電量占整個(gè)擠壓工序用電量的70%～80%。鋁棒剪切機(jī)及擠壓機(jī)都是采用液壓原理，靠配套的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵進(jìn)行工作，且其功率能耗隨著擠壓機(jī)噸位的增大而增大。當(dāng)鋁棒剪切機(jī)剪切鋁棒和擠壓機(jī)對鋁棒進(jìn)行擠壓時(shí)，都是通過液壓泵把液壓油輸送到油缸并產(chǎn)生壓力，推動(dòng)柱塞向前運(yùn)動(dòng)，完成鋁棒的剪切和擠壓工作。當(dāng)完成上述工作后，液壓油再通過液壓泵抽出油缸，使油缸產(chǎn)生負(fù)壓，讓柱塞回到工作前的位置。在連續(xù)作業(yè)的全過程中，除上述兩個(gè)動(dòng)作之外，液壓泵的電機(jī)均處于連續(xù)空轉(zhuǎn)用能狀態(tài)。根據(jù)這一現(xiàn)狀可知，鋁型材擠壓過程中的電機(jī)具有巨大的節(jié)能潛力可挖。隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)已日趨完善，近年，這一新的技術(shù)開始應(yīng)用于擠壓電機(jī)上面，取得了較好的節(jié)能效果。本文主要介紹這一新技術(shù)在擠壓電機(jī)上的應(yīng)用，以供同行參考。

2 變頻調(diào)速器的節(jié)能原理

由液壓泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)電理論可知，對于同一臺(tái)液壓泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，液壓油的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系：

Q₁/Q₂n₁/n₂  （1）

H₁/H₂（n₁/n₂）²  （2）

P₁/P₂（n₁/n₂）³  （3）

流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比^［2］。由此可見，當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時(shí)，功率的減少量比流量的減少量大得多。降低液壓泵的轉(zhuǎn)速，就有可能使單位供油量的電耗減少。由電工學(xué)可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入頻率關(guān)系如下：

n=60f（1－s）/p  （4）

式中：f為電源頻率；s為滑差率；p為極對數(shù)；n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

變頻器通過改變電機(jī)頻率達(dá)到無級調(diào)速的目的。對于液壓泵來說，變頻調(diào)速供油，就是通過壓力變送器檢測管網(wǎng)液壓，并將液壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，反饋給變頻器內(nèi)單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)電流信號(hào)調(diào)整液壓泵電機(jī)輸入頻率，從而使液壓泵轉(zhuǎn)速根據(jù)擠壓機(jī)所需功率而改變。如在擠壓機(jī)停止擠壓時(shí)，液壓泵將減小或停止做功。變頻調(diào)速器正是通過調(diào)速使得電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，輸出功率減少，從而達(dá)到電機(jī)耗電量降低的目的。

配合采用SPWM控制方法（脈沖寬度調(diào)制技術(shù)），電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場可以轉(zhuǎn)化為理想的圓形磁場，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，特別是克服了電壓型逆變器控制過程電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)距脈動(dòng)大的缺點(diǎn)，可以與不同功率、不同用途的電機(jī)相配合，使用范圍較廣。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本次應(yīng)用選擇在800噸鋁型材擠壓電機(jī)系統(tǒng)中，在兩臺(tái)56kW的電機(jī)上加裝一臺(tái)（SY-E8-系列）對應(yīng)的變頻器進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)測試，結(jié)果如下表1所示：

表1  800噸擠壓機(jī)變頻器節(jié)能安裝前后分析表

如表1可以得知，安裝變頻器前噸鋁材平均耗電144.5 kW·h，安裝變頻器后噸鋁材平均耗電102.6 kW·h，節(jié)電效率計(jì)算如下：

節(jié)電效率＝×100％

＝×100％＝29.0％；

鋁棒剪切機(jī)系統(tǒng)中，在一臺(tái)22kW的電機(jī)上加裝一臺(tái)（SY-E8-3T22G）變頻器進(jìn)行試驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)，結(jié)果如下表2所示：

表2  800噸鋁棒自動(dòng)剪切機(jī)變頻器節(jié)能安裝前后分析表

如表2可以得知，安裝變頻器前噸鋁材平均耗電9.59 kW·h，安裝變頻器后噸鋁材平均耗電3.67 kW·h，節(jié)電效率計(jì)算如下：

節(jié)電率＝×100％＝61.7％。

通過本次試驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)計(jì)算可知，擠壓機(jī)液壓泵電機(jī)上加裝該類變頻調(diào)速器后，節(jié)電效率達(dá)29.0％，鋁棒剪切機(jī)液壓泵電機(jī)上加裝該類變頻調(diào)速器后，運(yùn)行效果為節(jié)電61.7％。且在生產(chǎn)實(shí)際過程中，通過安裝運(yùn)用該類變頻調(diào)速器，不會(huì)影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，取得了較好的節(jié)能減排效果。

4 結(jié) 論

本文扼要介紹了擠壓生產(chǎn)工序中鋁棒剪切機(jī)及擠壓機(jī)的電機(jī)變頻改造。通過改造前后電機(jī)耗電量測試和比較可知，擠壓工序的電機(jī)改造具有較大的節(jié)能潛力可挖。綜上所述，變頻調(diào)速器在鋁型材擠壓生產(chǎn)過程中的節(jié)能應(yīng)用是切實(shí)可行的。同時(shí)根據(jù)市場變頻調(diào)速器價(jià)格及節(jié)約效率可知，鋁型材擠壓電機(jī)系統(tǒng)采用變頻器能夠取得良好的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，可以作為擠壓環(huán)節(jié)節(jié)能改造的重點(diǎn)發(fā)展方向進(jìn)行推廣應(yīng)用。