变频器用于压铸机和空压机及蒸发风机的节能改造探讨.docx

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1、对于压铸制品行业来说，电耗是其生产成本构成的主要部分，而压铸机是制品厂的主要能耗设备之一，人称电老虎。因而降低压铸机的能耗成为压铸行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。一、压铸行业简述目前绝大多数的压铸机都属于液压传动压铸机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在压铸周期过程中的变化，压铸机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流量阀和压力阀来调节不同工序所须的不同流量和压力。并且当负荷变化比较大时，由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能消耗在挡板、油路泄漏、油温的升高中，也加剧了各种阀的磨损、又造成油温过高、电机噪音过大、以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计电机的容量时比

2、实际需要高出很多，存在“大马拉小车的现象，造成电能的大量浪费。因此推广变频器在压铸机上的应用，对于减少能源浪费具有重要意义。二、压铸机液压系统原理概述1、压铸机工作原理概述全液压式压铸机是一种典型的周期性工作制设备，在一个完整的工作周期（工序过程）大致可分为锁模，给汤，押射，抽芯，开模，顶针、冷却，蓄压等几个阶段，各个阶段都是通过油泵马达泵出液压油到各个油缸推动传动机构完成一系列动作，各个阶段需要不同的压力和流量。对于液压系统来说，每个阶段对压力、流量的要求各不一样，而油泵马达的功率是根据其运行过程中最大负载配置的，而压铸机一个工作周期中只有高压锁模和押射工作阶段负载较大，其他工作阶段一般较小

3、，在冷却过程的负载几乎为零。对于油泵马达而言，压铸机过程是出于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，而工作所需压力和流量大小是靠压力比例阀和流量比例阀来调节的，通过调整压力或流量比例阀的开度来控制压力或流量大小。多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压截流，由它造成的能量损失一般在50%左右。2、压铸机节能改造原理概述由压铸机工作原理得知，高压截流是油泵马达耗能的浪费之处。我公司生产的压铸机专用电流矢量变频器利用这一特点，根据压铸机生产工艺的需求，采用变频器调节油泵马达的转速，根据压铸机工作时所需的压力或流量参数及压铸机的动作反馈信号同步控制压铸机的比例流

4、量阀、比例压力阀实现压力和流量的自动调节，其效果相当于将定量泵改造成变量泵，使通过溢流阀的回流流量降到最低，油泵输出与整机运行所需压力和流量相匹配，而且无高压溢流能量损失。变频器通过反馈信号跟踪各个工作阶段的压力和流量变化，并自动调节油泵电机的转速。这样，油泵电机的电耗将跟随输出负载的变化而变化，从而可最大限度的节电，即经济又实用。很多工厂通过改造，己取得了显著的经济效益。3、压铸机的电能消耗压铸机的电能消耗主要表现在以下几个部分：1）液压系统油泵的电能消耗2）加热器的电能消耗3）循环冷却水泵的电能消耗在压铸车间内，一般多台压铸机共用一台冷却水泵，其中液压油泵电机的用电量占整个压铸机用电量的8

5、0%以上，所以降低其耗电量是压铸机节能的关键。三、压铸工艺说明压铸机合模和脱模，开模系统所需油压较低，且时间较短；而注射，保压，冷却系统所需油压较高，且时间较长，一般为一个工作周期的40%60%.每个阶段时间的长短与加工工件有关；间歇期长短也与加工工件的情况有关，有时可以不要间歇期。如果注射的螺杆用液油马达驱动，注射时的系统油压会高一些。压铸机加工工件的重量，从数十克到数万克不等。因此，压铸机就有中小型和大型之分，加工数十克的小工件和加工数千克的大工件一个周期的时间也是不相同的，就是对同一台压铸机，加工工件的原料不同，各段工艺流程中所需的压力和时间也是需要改变的。四、节能效益预估1、评估依据：

6、电机使用效率预估70%,电机节电率预估35%-45%,改造总功率22KWX5台二UOKW；电费单价0.7元/度，每天工作24小时，每月工作30天，每年工作12个月,开机率85%。理想节电率=l-(3050)3*100%=(1-0.216)*100%=78.4%据我们估计保守节电率应该在45%左右。2、效益评估：每天节约电量二电机功率X电机使用效率X节电率x24小时X开机率=110KW70%40%24H85%=628.3度每月节约电费=628.3x30x0.7=13194.7元每年节约电费=13194.7x12=158336.4元3、投资总成本：投资总成本=电机功率xl.2倍X单价=UoKWXI

7、.2x1000元KW=132000元4、投资回收期：投资回收期二投资成本月节省电费=132000元13194.7元二10月五、设备选型及日常维护选用普传PI9000系列高性能电流矢量变频器，根据压铸机主油泵电机的功率匹配同功率的即可。变频器内部核心器件均采用进口元件，保证变频器的质量及在正常使用情况下的使用寿命。1、变频器散热风扇及柜体的散热风扇平均寿命为2年，请注意日常清洁、防止积尘堵塞。2、变频器滤波电解电容正常使用情况下寿命为35年，请注意到期联系更换。3、安装地点要尽量远离潮湿、粉尘，严禁有金属粉尘。六、改造后效果高节电率：改造后，使定量泵变为节能型变量泵，压铸机液压系统与整机运行所需

8、功率基本匹配，无高压节流、溢流能量损失，节电率可达20%60%。高效率：改造前功率因数一般为0.50.8,改造后可达0.96以上，故能显着提高电网功率因数，降低无功电流，从而降低线路损耗。对供电设备而言，则起到了增容的作用。高可靠性:保留压铸机原有控制方式及油路不变做备用，出现故障及时报警,具有过压、过流、过载、过热、欠压及对地短路等多种保护，还可有效地保护油泵电机。采用市电/节能运行控制方式，一旦故障时不影响生产。延长机械寿命、改善环境：软起动减轻开机锁模震动，延长设备和模具的使用寿命、减轻噪音。改善工作环境，系统发热明显减少，油温稳定，冷却用水量可节省30%以上。延长密封组件的使用寿命，降

9、低停机维修机会，节省大量维护费用。七、结论节电就是创造效益，整个用电系统节电改造后达到一次投资，长期受益。这项节电改造在减少电费的同时，也为压铸机提供优良的安全保护作用，将有利于保护电机、电子元件、开关元件等设备的使用寿命，还可起到电机软启动的作用，减少设备投资成本、维护成本，提高企业生产效率，增创企业效益。提升企业产品市场竞争力。应用案例：变频器在空压机改造上的应用1螺杆式空压机工作原理简述螺杆式空压机是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压

10、机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽也阳转子齿被主电机驱动而旋转。原空压机的主电机运行方式为Y-降压起动，然后全速运行。具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压2秒后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力跌到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。空压机的工作过程如图1所示。

11、I-；Iiyj“吟AKK广可儡“乖图i空压机工作过程2空压机运行中自身存在的问题主电机虽然采用Y-降压起动，但起动时的电流仍然很大，并且有一定的启动时间,这段时间消耗的电能不容忽视。另外启动时大电流的冲击会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。主电机时常工作在满负荷上，但能量浪费在出口阀门上，属非经济运行，电能浪费严重。主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时机械量大。当卸荷运行时那部分电流不是做有用功的，而是机械在额定转速下的空转损耗.这种机械式调节装置虽然也能起到压力调节作用,但是压力调节精度低，压力波动大;压缩机总是在额定

12、转速下工作，机械磨损大、电耗高。3空压机变频节能原理由于许多空压机运行方式是加载、卸载方式。卸载时电机空转,造成能源浪费。变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力。控制原理是：通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出相应频率和幅值的交流电，调节马达的转速，空压机输出相应的压缩空气至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。图2控制原理图4空压机变频改造后的效益节约能源。变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压

13、缩机工况是经济的运行状。运行成本降低。传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低24.3%,再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。提高压力控制精度。变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。延长压缩机的使用寿命。变频器从OHZ起动压缩机，

14、它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。降低了空压机的噪音。根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3-7dB.5变频器改造要求现场空压机功率：30KW,最大工作电流59A。设计要求：主电机变频器运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不超过0.01Mpa;保持原有的工频控制系统，以确保变频

15、器出现异常保护时，可以直接切入工频，不影响生产；在用气量较小的情况下，变频器处于低频运行或者进入休眠状态，应保障电机绕组温度不超过允许的范围。根据现场状况：选用台达B系列变频器：VFD300B43A；额定电流：60A；过载能力：变频器额定输出电流150%,Imin。改造电气原理图如图3。图3改造电气原理图6结束语综上所述，由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行，电机输入功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现空压机的供气压力与转速的动态匹配，减少了电机的实际输入功率，达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制，压缩机需要多大的功率，电机就输出多大的功率，而不必做无用功，从而取得良好的节能效

16、果，其次，空压机停止了空转，电机不存在轻载运行，这部分能量很可观。相应带来的其它好处是：供气压力稳定，通过压力调节器，可使空压机保持在设定的压力值下工作，压力稳定可靠性高，而且压力可以无级设定，随时可调。电机实现软启动，压缩机的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。空压机排气量由空压机的转速来控制，气缸内气阀片不再反复地开启和关闭，阀座、弹簧等工作条件大大改善，避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击，维修工作量减少。应用案例：变频器在蒸发风机变频节能改造的应用1引言变频调速在风机和泵类负载上的应用具有显著的节能效果，并且具有软启动和软停机的优良控制特性，因此变频器首先在冶金、电力、石化、供热和民用风机水泵的控制领域得到广泛的应用。随着