1 前言

在鋁型材擠壓過程中，鋁棒剪切和擠壓用電機為必需的設備，而且耗電量大，其用電量占整個擠壓工序用電量的70%～80%。鋁棒剪切機及擠壓機都是采用液壓原理，靠配套的電動機帶動液壓泵進行工作，且其功率能耗隨著擠壓機噸位的增大而增大。當鋁棒剪切機剪切鋁棒和擠壓機對鋁棒進行擠壓時，都是通過液壓泵把液壓油輸送到油缸并產生壓力，推動柱塞向前運動，完成鋁棒的剪切和擠壓工作。當完成上述工作后，液壓油再通過液壓泵抽出油缸，使油缸產生負壓，讓柱塞回到工作前的位置。在連續作業的全過程中，除上述兩個動作之外，液壓泵的電機均處于連續空轉用能狀態。根據這一現狀可知，鋁型材擠壓過程中的電機具有巨大的節能潛力可挖。隨著大規模集成電路和計算機技術的突飛猛進，交流電機的變頻調速技術已日趨完善，近年，這一新的技術開始應用于擠壓電機上面，取得了較好的節能效果。本文主要介紹這一新技術在擠壓電機上的應用，以供同行參考。

2 變頻調速器的節能原理

由液壓泵調速運行的節電理論可知，對于同一臺液壓泵，當以不同轉速運行時，液壓油的流量Q，揚程H，軸功率P與轉速n有如下關系：

Q₁/Q₂n₁/n₂  （1）

H₁/H₂（n₁/n₂）²  （2）

P₁/P₂（n₁/n₂）³  （3）

流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比^［2］。由此可見，當降低轉速時，功率的減少量比流量的減少量大得多。降低液壓泵的轉速，就有可能使單位供油量的電耗減少。由電工學可知，電機的轉速與輸入頻率關系如下：

n=60f（1－s）/p  （4）

式中：f為電源頻率；s為滑差率；p為極對數；n為電機的轉速。

變頻器通過改變電機頻率達到無級調速的目的。對于液壓泵來說，變頻調速供油，就是通過壓力變送器檢測管網液壓，并將液壓信號轉化為電流信號，反饋給變頻器內單片機，單片機根據電流信號調整液壓泵電機輸入頻率，從而使液壓泵轉速根據擠壓機所需功率而改變。如在擠壓機停止擠壓時，液壓泵將減小或停止做功。變頻調速器正是通過調速使得電機轉速變慢，輸出功率減少，從而達到電機耗電量降低的目的。

配合采用SPWM控制方法（脈沖寬度調制技術），電機的旋轉磁場可以轉化為理想的圓形磁場，轉矩脈動小，電機運轉平穩，特別是克服了電壓型逆變器控制過程電機低速運行時轉距脈動大的缺點，可以與不同功率、不同用途的電機相配合，使用范圍較廣。

3 試驗結果與分析

本次應用選擇在800噸鋁型材擠壓電機系統中，在兩臺56kW的電機上加裝一臺（SY-E8-系列）對應的變頻器進行試驗，經測試，結果如下表1所示：

表1  800噸擠壓機變頻器節能安裝前后分析表

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，節電效率計算如下：

節電效率＝×100％

＝×100％＝29.0％；

鋁棒剪切機系統中，在一臺22kW的電機上加裝一臺（SY-E8-3T22G）變頻器進行試驗測試的數據，結果如下表2所示：

表2  800噸鋁棒自動剪切機變頻器節能安裝前后分析表

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，節電效率計算如下：

節電率＝×100％＝61.7％。

通過本次試驗的測試數據計算可知，擠壓機液壓泵電機上加裝該類變頻調速器后，節電效率達29.0％，鋁棒剪切機液壓泵電機上加裝該類變頻調速器后，運行效果為節電61.7％。且在生產實際過程中，通過安裝運用該類變頻調速器，不會影響生產效率和產品質量，取得了較好的節能減排效果。

4 結 論

本文扼要介紹了擠壓生產工序中鋁棒剪切機及擠壓機的電機變頻改造。通過改造前后電機耗電量測試和比較可知，擠壓工序的電機改造具有較大的節能潛力可挖。綜上所述，變頻調速器在鋁型材擠壓生產過程中的節能應用是切實可行的。同時根據市場變頻調速器價格及節約效率可知，鋁型材擠壓電機系統采用變頻器能夠取得良好的企業經濟效益，可以作為擠壓環節節能改造的重點發展方向進行推廣應用。