一、简述
随着经济的发展，各行各业对各种型材的需求日益增加，作为有色金属(锌、铝、铜等)行业的主要加工设备型材挤压机数量也是越来越多。现有的型材挤压机械与很多使用液压为动力的设备一样，往往电机和油路按最大容量设计，除了在锁模，挤压和剪切等过程需要较大的压力外，很多时候电机的工频运转只是浪费了大量的电能。针对此种情况，我们以节能为目的对部分铜挤压，铝挤压机进行了节能改造，由于液压油路在加载时需要快速启动、加压，与注塑机类似，需要较强的转矩输出功能，所以，我们建议使用四方C320系列变频器对型材机械进行节能改造。
二、型材挤压机的节能改造可行性分析以及使用变频的优势
1、工况阶段节能： 挤压机在各个阶段的所需油压、流量都不同，工频运行时，电机以50Hz全速运行，在保压、开模、冷切，尤其是加料过程，油路的压力通过回流阀回流到油箱，浪费了大量能源，通过采集所需压力模拟信号，降低各个阶段变频器的运行频率，从而降低了挤压机的无用功。
2、容量节能：挤压设备均按照油泵最大流量和压力时设计的，在运行中不可避免地造成了能量的浪费，当不需要匹配容量的油压时，适当降低电机运行频率，可大大节约能量。
3、设备保养：现有的挤压设备虽然使用降压启动，但启动时电流冲击还是很大，导致电网波动也较大，电机设备的寿命大大减少，通过变频器的电流抑止功能，使电机在启动时电流不超过其额定电流的2倍，大大提高了设备的使用年限。
4、变频器优势：四方C320系列矢量变频器是四方电气独立开发的电流矢量变频器，较之通用系列变频器，其启动转矩大，加速时间短，电流抑止能力强，且具有完善的保护功能，对于挤压设备油压需求快速的场合，更加体现了优势。
5、电机保护功能： 由于电网的波动，瞬变、谐波的影响，导致油泵电机瞬间过流过压。通过变频器完善的保护功能，可以减少此类故障发生的可能性。
三、铝型材挤压机的工作过程分析
下面，我们以余姚某铝材生产公司的挤压机改造为案例进行分析。
该公司现使用的铝型材挤压机为XJ-1250型材机。该挤压机用两台55KW的电机进行液压驱动，其中电机1驱动主机缸等进行挤压和后退，电机2驱动模座、升锭筒和切刀。挤压一个铝锭周期为4-6分钟，整机的功率是根据其运行过程中最大负荷配备的，每个动作需要油泵输出的压力和流量是不同的，而油泵为定量泵，泵出的油是恒定的，通过阀门的调节多余的压力降在阀上，多余的流量直接回到油箱，即使没有任何动作时，电机也在额定转速下运转，，因此造成电能白白浪费。由于液压油不断地循环，很多部件自然产生磨擦损耗，造成油温增高，故缩短了液压阀、油封、液压油和泵的使用寿命。变频器可以根据铝型材挤压机不同的动作对电机进行调速，降低功率输出，从而达到节能的目的。我们只对电机2进行变频节能改造。
四、铝型材挤压机节能改造方案
针对客户现有状况，我们设计了以下节能改造方案，参考电气原理图。为了避免在变频状态出故障时不对生产造成影响，方案采用工频变频可切换模式，即KM4闭合工作在变频节能状态，KM5闭合工作在工频状态，一旦变频节能出现问题时可以很方便地切换到工频状态，这样不会影响生产的正常进行。在变频改造的时候，我们不需要改动其原来的电气线路，只需将变频器串进电路即可。变频器的开启由KM3的常开控制，频率则由操作台的电位器来调节，当其需要高油压时，可以提高变频的频率，加大电机的输出功率。主回路电气图，控制回路电气图如图一，图二所示。
图一 主回路电气图
图二 控制回路电气图
变频器参数设置如下表：
|
参数号 |
参数值 |
参数说明 |
参数号 |
参数值 |
参数说明 |
|
F0.0 |
1 |
矢量方式 |
F0.5 |
0 |
两线模式 |
|
F0.1 |
4 |
外部电压控制频率 |
F0.7 |
8 |
下限频率8 |
|
F0.4 |
0001 |
外部端子启动 |
F0.8 |
40 |
上限频率40 |
|
F0.10 |
5 |
加速时间5S |
F0.11 |
5 |
减速时间5S |
|
F2.8 |
8 |
模拟量最小设定频率8 |
F2.9 |
40 |
模拟量最大设定40 |
|
F4.24 |
670 |
起始制动电压670 |
F4.25 |
80 |
制动比例80％ |
五、节能改造说明：
1、节电效果明显，提高电网功率因数、降低无功损耗，同时对变压器起到增容的作用，缓解增容压力。
2、该产品与原系统同时使用，不改变原来的电器回路，可进行节能与非节能状态切换，使用方便。
3、由于电机转速降低，油泵的磨损也降低，噪音降低，维护成本降低，使用寿命加长。
4、数码管显示，使用简单，可根据需要灵活修改控制参数。
5、对电动机有多种智能保护功能：如：欠压、过压、过载、短路等。
六、节能预测及投资回报计算
1、工频运行能量耗散：
加压泵在一般生产中最高瞬间峰值电流为112A，待机电流50H，平均电流85A。
工频状态按平均工作电流85A计算，功率因数取0.85，单台时耗电量如下：
P=（380 *1.732*A*j）/1000
=（380*1.732*85*0.85）/1000
=47.6KWh/台
1台机年耗能电量计算：每台机每天轮班工作，基本上每天工作在20小时以上，按每年生产11个月计算，每月30天计算：
P=47.6*20*30*11=314160kWh
按平均电费0.5元计算，1台泵工作12个月所需电费为￥157080元。
2、变频运行能量耗散：
变频器改造后，加压泵平均电流按减少15A计算，功率因数取0.95，可节约电量如下：
P=（380 *1.732*A*j）/1000
=（380*1.732*15*0.95）/1000
=9.4KWh/台
1台机按11个月生产期，年节约电量：
P=9.4*20*30*11
=62040kWh
按平均电费0.5元计算，每年可节开支￥31020元。
以上节能程度可能与实际值有一些差距，最终投资回收期还要看机台使用率，使用率越高回收期就越短。根据现场实际检测和反馈，一般一小时节能在15－18度之间。成本回收期在1年左右。
