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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
17、风机水泵的控制领域得到广泛的应用。随着我国市场经济的深入发展，造纸厂、浆厂的增产、节能减排、提效被提到了重要地位，设备、电气改造势在必行。蒸发风机的主要作用是将注入蒸发器的废液蒸汽回收然后再送入散热片中起到增压升温的作用，需要说明的是，在蒸发风机开启之前，需要补给新鲜蒸汽当温度达到96以上时就可以开启蒸发风机，达到自循环关闭新鲜蒸汽起到节约的作用。其蒸发的冷凝液经过冷却后又可被回收利用，从而节约了清水资源。在废液蒸发过程中，所需风量风压在蒸发器蒸发效率的不同阶段有不同的要求，其中以风门调节效率较差，它是人为地改变阻力曲线，增加风阻，越调节性能就越恶化；若采用变频器改变蒸发风机速度，使其在较佳工
18、况点运行，使风机在较大的范围内以较高的效率运行，节能效果较好。造纸厂蒸发风机泵是蒸发系统的核心部件，它的可靠、稳定运行是整套蒸发系统正常运行的根本保障。由于蒸发风机泵在整套系统中的特殊功用，所以它是一个特殊的负载类型，既非风机又不能等同于普通泵类负载。蒸发风机泵功率大,是蒸发工段的高耗能设备，如能成功对其进行变频节能改造，将会产生非常可观的效益。2蒸发风机工段、设备介绍图1蒸发工段流程框图造纸厂蒸发工段流程框图如图1所示。蒸发风机所采用的电动机是IOkV/300OkW三相鼠笼式异步电动机（电机参数如表1所示），根据蒸发风机的要求2559kW,转速2564rpm就可以满足要求,但是在电机选档中没
19、有此型号和档位电机为了适应风机的需要和启动特性必须选择大一型号的电机，根据蒸发风机转速要求没有此规格转速的电机如果选择高级的电机其电机自身的转动惯量也达不到启动要求，所以根据以上要求必须选择增加（1.7X电机额定转速）增速机来满足要求。虽然满足了工艺和生产要求，但对于能源来说是一种浪费并且增加了生产成本。蒸发工段所采用的蒸发风机是由蒸发器的涡轮式风机要求转速在2564rpm下可以达到151.3T/H是以通过调节风门来改变压缩蒸汽量。根据启动特性和蒸发效率风门改变是有规律的，蒸发器工作前将蒸发器内部增加新鲜蒸汽使温度增加到96以上停止，然后风门自动达到30%后开电机然后进废液将风门调到75%正常
20、开机。现代社会已经进入高产能、低消耗的竞争时代，根据能源辨识可以发现在蒸发工段的电机、增速机、蒸发风机存在着巨大的能源浪费，选择节能降耗的方案迫在眉睫。3应用举例纸业股份有限公司是一家全球先进的跨国造纸集团和林浆纸一体化企业，是中国较大的民营造纸企业、中国较大的高档涂布包装纸板生产企业、中国食品级包装用纸领军企业。集团拥有资产总额亿元，年浆纸产能万吨，产品主要服务于国家和地区。纸业现有四台蒸发风机，并联使用，按照废液量的多少一般情况下开三台就可以满足要求，一台作为备用当一台蒸发效率低的时候开启，来替换蒸发效率低的蒸发器清洗。现场生产、设备、电、仪负责人反复商榷后决定采用变频调速的方法来控制风量
21、的大小和电机的启停起到节能和优化控制的方案切实可行。纸业合利公司领导将此建议分别上报各级领导后经过认真比较审核后，根据改造成本原因决定选用新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP38-3000F型(3000kW10kV,4套)高压变频系统对蒸发风机电机4台蒸发电机进行改造。高压变频器投运后，设备至今运行良好。经过纸业技术中心的检测，各项性能指标达到设计要求，蒸发风机实现了有效运行，改造达到了预期目的。纸业所采用的四台蒸发风机设备现场参数相同，其中一台设备参数如下。表1为现场电机参数，表2为风机参数。I电机参敷型目YKK7KM康定电压(V)1000081定电流（八）WSl1定功率(kW)
22、3000凝定缴率(HZ)50功率因数090681定转速(中0)1495绝缘等级F表2风机参数额定风量(m3s)83.31静止风压(Pa)84526额定功率(kW)2559风叶型号涡轮式生产厂商奥地利-安德里兹3.1蒸发风机采用变频调速改造的优点随着电力电子技术、微电子技术、信息技术和现代控制理论在调速系统中的应用，并且由于近年电力紧张，变频调速技术已经成为现代电力传动的一个发展方向，卓越的调速性能，使得变频器在制浆造纸生产中的节能效果越发显著。因此，将蒸发风机改为变频器控制，将传统的电机调速技术、现代电力电子技术以及计算机控制技术结合在一起，根据蒸发器效率发生的变化来调节蒸发风机电机转速，使通
23、风机在经济的转速下有效运行，从而达到节电的效果。变频调速节能控制装置的特点：(1)调速效率高；(2)调速范围大，可根据生产工艺随时调整转速；(3)调速精度高；(4)启动电流小，而且容易实现闭环控制。由于可以利用原普通交流异步电动机，所以特别适合对原有旧设备的技术改造，它既保持了原风机、电动机不用更换的优点，又能达到节电的显著效果。3.2 新风光电子JD-BP38-3OOOF高压变频器纸业所采用新风光电子JD-BP38-30OoF高压变频器系统框图如图2所示。变压器IOKVSOHz人图2高压变频器系统框图（1） JD-BP38-30OOF高压变频器的主要性能指标变频器功率：3000kW输入频率：
24、50Hz输入电压：IOkV20%输出电压：三相正弦波电压O-IOkV额定电流:216A输出频率：0-60Hz频率分辨率：0.0IHZ加速时间：可按工艺要求设定（0-36OOS可选）减速时间：可按工艺要求设定（0-36OOS可选）故障诊断及检测：自动检测，自动定位网侧功率因数：0.95（高速时）过载保护：120%Imin,150%立即保护防护等级：IP31环境湿度：90%,无凝结（2）性能特点全中文WINDoWS操作界面，彩色液晶触摸屏；输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，对电缆、电机绝缘无损害,电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振
25、动，输出线可以长达100o米；功率电路模块化设计，维护简单；高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；完整的故障监测电路、精确的故障报警保护；内置P1.C,易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；可灵活选择现场控制/远程控制；可接受和输出05V/420mA工业标准信号；可根据用户需要内置PID调节器；完整的通用变频器参数设定功能。3.3 改造主回路控制方案高压变频调速系统由一次回路进线柜（旁路柜）、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图
26、3所示。高压母线用户开关柜E手动旁路柜图3旁路柜一次回路图KlK2、K3：高压变频器内置高压隔离开关变频器：JD-BP38-30OOF高压变频器M：3000kW10kV异步电动机图3手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当KI、K2闭合，K3断开时，电机变频运行；当KI、K2断开，K3闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。旁路柜必须与上级高压断路器连锁，用户开关柜合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。3.4 节能计算3.4.
27、1 蒸发风机现场运行数据图4高压变频器运行数据3.4.2 节能情况关于蒸发风机的变频器使用情况：（1）电耗比较：（电费：0.65元/kW?h计算）（单台蒸发）表3蒸发风机改造前后电耗比较l（kWh吨度液）电耗金额（元吨废液）时间改造前16.399.422011年6月TO月改造后14.018.052012年1月一2月（2）运行情况充分调节电机转速从1280rpm-1400rpm之间进行调速，发现在128Orpm以下，热风压力达不到，运行效果不好，在1400rpm以上，热风压力增加，无需较高的风压。所以，在128OrPm140OrPm之间寻找一个合适的较经济的值。1、2月份：电机转速128OrPm
28、-138OrPm根据效率调节,80%的转速是1370rpm,三期蒸发共处理废液150491吨，共用电2108377kW7ho单耗：14.01kW?h/吨废液。（3）节约费用吨废液可节约用电2.38kW?h,以每台蒸发平均每天处理4900吨计算，每台变频器每天可节约用电11662度。所以每天节约的电费：7580.3元。每台每年运行330天计算，每台风机年节约电费：250.1499万元。3.5 变频改造的其他优点（1）采用变频器控制后启动风机时可以实现软启动，避免了启动时对电网冲击，可以有效地延长电气设备的使用周期。（2）按需调节风量，调速范围宽且调速精度高，避免浪费。进行变频改造后，风机的风量通
29、过变频调节电机的转速来实现，可以根据生产需要调节风量，避免了浪费。（3）降低了风机的工作强度，延长了使用寿命。进行变频改造后，大大降低了风机的机械强度和电气冲击，大大延长了风机寿命。（4）变频器具有短路、过载、过压、欠压、缺相等各种保护，有效地保护了电机。（5）改善了现场工作环境，由于降低了风机的转速，风机噪声大大降低，深受现场工作人员的欢迎。（6）在以后的新上项目中可以减少增速机及其油站，直接采用高压变频器控制，缩减了中间环节，节约了能源，提高了效率。4结束语纸业对四台蒸发器经过变频改造之后，不仅达到了良好的节能效果，并且使整套蒸发系统的稳定性提高了一个大台阶。通过此次成功改造表明，在纸业行业对其所用风机、水泵负载进行高压变频改造，具有较好的经济效益和社会效益，也符合国家建设资源节约型社会的潮流。
