浅析节能型压铸机电气控制系统

周家民　叶瑞华

摘要：目前各类压铸机均存在着生产效率低、功耗大的问题。本文在压铸机的设计上做了一些研究，用以提高现有压铸机的性能以改变传统的设计模式。

前言

随着国民经济的迅速发展及电力供应和服务日益完善，由电动机作为动力装置的各种设备的应用范围也越来越广，但这些设备在设计时都是按照最大工况来考虑的，因此在设备运行的不同阶段，电动机始终处于额定转速下运行，运行效率只有30%～60%，设备运行工况点远离其最高效率点。在启动时还有较大的冲击电流，造成的机械磨损和维修费用也较高，不仅损失电能较大，造成整个设备的工况也较差。

1 国内节能压铸机现状

目前国内节能型压铸机主要分为两种类型：

（1）异步变频节能

变频器经过反应信号跟踪各个工艺期间压力和流量的改变，并主动调节油泵电机的转速，这样，油泵电机的电耗将随输出负载的改变而改变，然后可最大限度的节电。

其缺点是：对压铸机改造需要再投入成本；由于油泵马达高速低速频繁变化，油泵吸排油忽高忽低，油泵内极易产生气蚀，致使油泵远远低于其正常寿命；响应速度变慢，效率降低；变频设备具有电磁污染。这种压铸机节能技术已经在压铸机行业逐步淘汰。

（2）同步伺服直驱泵控节能

伺服压铸机就是利用伺服驱动器+同步伺服电机+定量泵作为动力源系统替代传统的异步电动机+定量泵的动力源系统。具体到压铸机，电液伺服系统实现被控制油泵的输出流量和压力快速、准确地跟随上位机给定信号的变化，从而满足了压铸机节能、高效对压力、速度、时间的精准要求。

其缺点是：第一、液压泵的转速过低，自吸能力下降，容易造成吸油不充分而形成气蚀，引起噪声和流量脉动，影响速度的稳定性。第二、通过改变电机转速来改变液压系统的流量，由于一般的电机特别是异步电机的转动惯量大于液压泵的转动惯量以及伺服驱动器的过载能力有限（过载50%只允许1min）影响了加速性能，减速也不能过快，否则，再生能量会引起逆变器直流电压过高，保护功能动作。因此一般变转速容积控制系统比传统容积控制系统的响应要慢；第三、系统在慢时变特性时，如液压系统中的油液温度、油液粘性和泄漏量的大小等都会随着时间呈非线性变化，从而影响系统的输出特性和调速精度。

2.节能型压铸机设计

2.1问题分析

制造行业中，压铸厂所使用的主要设备为压铸机，其制造工艺过程一般有开模、合模、压射、顶出，顶回等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。对油泵电机而言，压铸过程处于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，油泵电机以恒定转速提供恒定流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压溢流。据统计，由高压溢流造成的能量损失高达36%～68%。以上问题可见，造成能耗损失和影响工况最直接的原因就是电动机的功率分配问题。调节电动机的功率可以改变它的电压、电流和频率；改变电流需要串联电阻，不但没有满足机器的需要，而且电阻发热浪费电能；调节电压它可以起到限流作用，没有额外发热，但是它减小了传动能力，速度减慢会使内部电流剧增，无法正常工作.所以只有调节频率才是最好的，它可以减低速度，增大力的强度，实现了机械能的高效转化.

全液压式冷室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，压射，抽芯，冷却，开模，顶针，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，流量的匹配各不一样，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压射工作阶段负载较大，其他工作阶段一般较小，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，此过程称为高压溢流，由它造成的能量损失在36%～68%。

2.2改造方案

根据压铸机的工作特点，高压溢流是压铸机的油泵电机浪费电能之处，因此控制该过程时电机的转速功耗成为节能的关键之处。电机调速控制器（变频器或伺服控制器）正是利用这一特点，根据压铸机的生产工艺需求，采用调速控制器调节油泵电机的转速，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量阀，比例压力阀实现压力和流量的调节，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，从而将传统有高压溢流的压铸机由耗能型升级为节能型。调速控制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，实现无极调速、软启动。由于电机工作频率在0到50赫运行，始终处于额定功率以下，电机在额定频率以下工作，减少了电机的使用电流，相应降低了电机的功率，从而达到了节电的目的。其转差率小，转差损耗少，效率高，特性硬，调速精度高，调速范围大，启动及制动能耗少。这样，压铸机的电耗将随输出负载的变化而变化，从而可最大限度过的节电，即经济又实用。变频器的安装方便简单，除了通常的三根输入电源、三根输出电源以外，接地线也要接牢，压铸机的流量信号和压力信号连接至调速控制器内部的专用的信号接口即可。

2.3效益分析

变频调速和伺服调速是近代电气工程中发展快速。压铸机属于高功率设备，在使用过程中不但耗能大，并且在启动和负载工作中产生很大的噪音；使用了调速控制器以后，在用电节能、延长设备寿命、降低维护成本和启动噪音上都有显著的效果。

（1）节约电能。自动控制转速，提高功率因数，节约能耗，可降f氐30%_45%的能耗。

（2）电机启动平稳，降低启动噪音，对电网产生的启动干扰也小。

（3）延长设备使用寿命；全程自动控制转速，运行平稳，运行损耗摩擦小，发热大为降低.

这项节能改造在减少电费的同时，因为调速控制器本身具有过电压、欠电流、过流、过载和过热等保护功能，可有效避免由此而引发的各种故障，并能及时提供故障信息。由于调速控制器可降低电机转速，因而减少了设备的磨损，延长了压铸机的检修周期和使用寿命。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。

3.结语

压铸工艺在机械工业、航天工业、汽车制造业和日用轻工业中，都占有重要地位。提高压铸机工艺优化水平和压铸机工作的可靠性将是压铸机控制系统的发展方向。

参考文献