变频器在液压伺服铝型材挤压机的应用

一、引言

在全球能源紧张，节能的呼声越来越高，先进的节能技术逐渐成为社会的一道亮点。迈凯诺变频器利用先进永磁同步变频节能技术，在广东兴天下机械实行铝型材挤压机节能改造。实践证明，通过一系列的技术和管理措施把铝型材挤压机能耗降到最低，即保护环境又为企业创造经济效益，企业至少可以减少5～10%的经营成本。

二、 铝型材挤压机简介

铝型材挤压机是利用铝材高温融化塑性成形原理进行压力加工的一种重要方法，通过挤压将铝棒一次加工成管、T型、L型等型材。铝型材挤压机工作过程一般分为上料、顶进、挤压、退后、切断、 上料，周期性循环，根据挤压系数、挤压速度等工艺参数各阶段需要液压动力系统的压力和流量处动态变化。

铝型材挤压机的动力来源于液压动力系统。液压设备的定量泵系统的液压部分采用异步电动机加油泵系统，电动机带动油泵从油箱吸油并加压输出，经各种控制阀控制油的压力、流量和方向，以保证工作机构以一定的力(或扭矩)和一定的速度按所要求的方向运动。

三、铝型材挤压机传统控制存在的问题

用转速恒定的异步电机驱动定量泵，油泵会输出恒定的流量，但是挤压系数、挤压速度等工艺参数各阶段需要压力和流量处动态变化，多余的高压油经溢流阀全部回流至油箱，能量存在巨大的浪费。

同样，设定的压力、流量越大，流回油箱的浪费便越大。当浪费的能量都变为热能，将油温提高还导致很多问题，如挤压成型工艺的不稳定，油封需要经常更换等。

铝型材行业快速发展，市场竞争日趋激烈，降低产品单耗、节约生产成本是提高产品市场竞争力的迫切需要。

四、铝型材挤压机节能原理

采用永磁同步电机取代原异步电机，用齿轮泵（螺杆泵、柱塞泵）取代原叶片泵，另外增加永磁同步驱动器，构成铝型材挤压机控制系统，铝型材挤压机永磁同步控制系统取代了传统的阀控制，对生产所需的压力和流量采用双闭环控制，在低压力下也可以可靠的工作。同时由于永磁同步电机具有快速启停的特点，可以在30毫秒之内启动或停止，从而实现对油泵的流量和压力输出的连续控制，大大改善油压机的重复精度。永磁同步电机带动齿轮油泵输出流量与系统实际需求压力速度基本保持一致，实际需求压力速度多少永磁同步电机就输出多少，这样就减少齿轮油泵输出浪费，达到节能省电。在保压，冷却等阶段，永磁同步电机几乎没有电耗。

五、铝型材挤压机永磁同步电机改造的特点

（1）、控制精度

永磁同步电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器。以旋转编码器的传感器脉冲数1024为例，一般每周可达到1/1024。

（2）、低频特性

交流永磁同步电机电机运转非常平稳，即使在低转速时也不会出现振动现象。永磁同步电机系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

（3）、矩频特性

永磁同步电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出，转速爬高，转矩下降。

（4）、过载能力

永磁同步电机具有较强的过载能力。其大转矩为额定转矩的二倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

（5）、运行性能

永磁同步电机驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采集，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

（6）、响应性能

永磁同步电机系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速2000RPM仅需几十毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

正是基于永磁同步电机有调速范围广、过载能力强、运行稳定性好、转速控制精度高、响应速度快、适宜频繁启停、输出相同功率时较异步电机体积小、重量轻等上述优点，应用到铝型材挤压机的动力驱动及系统控制是非常适宜的。

六、迈凯诺KE300F变频器特点

KE300F系列是迈凯诺最新高性能矢量技术平台上继续开发出来的一款产品，采用国际领先的同步机电流矢量控制技术（SVC）和TI最新的电机控制专用数字处理器，能够准确辨识永磁同步电动机参数，动态估算转子速度及磁极位置，轻松驱动各类永磁同步电机（SPM/IPM），让同步电机控制大众化。具有良好的动态特性、超强的过载能力，支持多种PG卡等，可用于及各种自动化生产设备的同步电机驱动场合。

（1）、牢固的EMC 设计；

（2）、采用模块化设计，配置非常灵活；

（3）、主控系统采用32 bit高速DSP，集成无PG矢量控制，V/f控制，转矩控制；

（4）、优良的鲁棒性能，可以确保负载能快速起停；

（5）、快速限流功能：可以快速将电流限制在保护点以内，减少频繁过流报警故障概率；

（6）、高功率因数输出、无功功率损耗降低、软起动时无大电流冲击；

（7）、具有故障自动复位、掉电复位功能，保证生产连续及生产效率；

（8）、采用先进的功率模块驱动方式，功率因数高，能有效抑制谐波，消除变频器运行时对外围控制回路和传感器的干扰；

（9）、完善的保护功能：过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、过流保护、过载保护等。

七、投资与回报

以某公司1800T铝型材挤压机160KW电机节能改造为例，原电机电耗按总功率65%，节电率按25%，单位电价0.85元/kwh日均生产24个小时，月生产28天，年生产11个月；产量增长率按5%，每吨型材加工费用为1500元。

1、直接效益

项目实施后，每年将给企业节电总计￥15.31万元，生产效率的提高带来的经济效益￥16.50万元。两项合计共计￥31.81万元。

2、间接效益

项目实施后，由于设备的性能提高，带来以下间接效益：

(1)、设备响应迅速、生产效率高。

(2)、降低环境噪音，比原有工况下的噪音降低40%左右。

(3)、降低液压油无功泄油而造成长期循环，使其液压油温度高，增加液压油使用寿命。

(4)、减少油阀油路因油温高造成漏油问题。

(5)、控制、压力稳定、产品重复率高，一致性好，节省原料。

(6)、环保：环境温度降低3℃-8℃。

3、社会效益

本项目实施后，年节约电量约18万千瓦时，折合标煤54吨。减少二氧化碳排放145余吨，有效减少了温室气体排放。

八、结束语

在我国铝型材行业，挤压机被大量使用，是不可缺少的重要生产设备。实践证明，迈凯诺（Micno）KE300F变频器用于铝型材挤压机的节能驱动是十分成功的，取得了良好的经济效益。对于我国提出的建设节约型社会，减少环境污染具有重大的经济和社会意义，迈凯诺变频器也必在铝型材行业得到大力推广应用！

审核编辑：汤梓红