SINUS PENTA

                     多功能交流变频器

                                      变

                                      频

                                      器

                                      在

                                      金

                                      属

                                      挤

                                      压

                                      机

                                      的

                                      应

                                      用

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                                                                --电节奏专家

                                                                         2009.

一、 前言

    对于金属挤压制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而挤压机是金属制品厂的

主要能耗设备之一，因此降低挤压机的能耗成为挤压行业降低成本、提高产品竞争力的有效

途径。

   目前绝大多数的金属挤压机都属于液压传动挤压机，液压传动系统中的动力由电机带动

油泵提供。在挤压周期的过程中，挤压机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流

量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力。液压系统的负荷变化很大，由于定量泵不可

调节输出功率，因此多余的能量只能在挡板、油路泄露、油的温升中消耗掉。这样既加剧了

各种阀门的磨损，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

设计中，用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电

能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置在挤压机上的应用，对于减少能源浪费具有重要

意义。

二、 变频调速节能装置的节能原理

1、变频节能

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    在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能{zh0}，调速范围大，稳定性好，

运行效率高。采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并

且经济效益显著，所以逐步得到推广。

   （1）、变频调速的基本控制方式

    异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为： n1 ＝ 60f1 / n

     式中 n1 — 同步转速（r/min ）;

     f1 — 定子频率（Hz ）;

     n — 磁极对数。

    而异步电动机的轴转速为：

    n1 ＝n1 (1－s)＝60f1 (1－s) / n

    式中 s — 异步电动机的转差率，s＝(n1 －n) ／n1 。

    对异步电动机进行调速控制时，保持电动机的主磁通恒定值不变，改变异步电动机的供

电频率，可以改变其转速，实现调速运行。

   （2）、变频节能原理

    由流体力学可知，P         （功率）=Q    （流量）*H （压力），流量Q 与转速 n           的一次方成正

比，压力 H 与转速 n        的平方成正比，功率 P          与转速 n    的立方成正比。Q/Qg=n/ng         ，

H/Hg=(n/ng)2 ， p/pg=(n/ng)3 ， 式中：Qg-油泵的额定流量，Hg-油泵的额定压力，pg-油泵

电机的额定功率，ng 油泵电机的额定转速。由上述公式可知，如果油泵的效率一定，当要

求调节流量 Q 下降时，转速 n 可成比例下降，此时油泵的轴输出功率 P 是成立方的关系下

降。即油泵电机的耗电功率P 与其转速 n 近似成成立方的关系。例如：某挤压机油泵电机额

定功率为 55KW，则当转速下降到原转速的 4/5 时，其耗电量为 28.16KW，省电 48.8%；当

转速下降到原转速的 1/2 时，其耗电量为6.875KW，省电87.5%；

2、软启动功能

   由于电机为直接启动或Y/△启动，启动电流等于(3-7)倍额定电流，这样会对机电设备

和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时

对设备的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置，利用变频器的软启动功能将使启动电流

从零开始，{zd0}值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量要求，延长了设备

和模具的使用寿命。

3、功率因数补偿节能

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   功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因素的降低导致电网有功功率的

降低。而使用变频调速节能控制装置后，由于变频内滤波电容的作用，从而减小了无功耗

损，增大了电网的有功功率。

三、金属挤压机节能改造原理

1、金属挤压机成型的工艺过程

    金属挤压机各阶段所需的工作压力和流量不同，整个挤压过程是处于不断变化的负载状

态。生产中除锁摸挤压加载，其余开模及加料等动作都是卸载状态或是接近卸载状态电能浪

费严重，如果安装变频器则可大幅度降低无功损耗，节省电能，并且会改善设备的自动化程

度。目前使用的金属挤压机绝大部分为定量泵，其油泵马达以恒定的转速输出恒定的流量，

而在生产过程中有些阶段只需极少的流量和压力，多余的液压油通过溢流阀回流油箱，在挤

压行业中称该过程为高压节流。  

   对于使用定量泵的金属挤压机，顾名思义，尽管生产运行时，其液压系统在各个工序阶

段要求的压力、流量是不同的，但是油泵电机始终定速运行，其输出流量始终不变，而多余

的流量目前大多采用压力或流量比例阀调节，直接回流，大量能量以压力差的形式损耗在阀

门上，浪费极大。采用变频调速控制技术后，节能器可根据金属挤压机当前的工作状态，控

制油泵电机的转速来调节油泵的输出流量，使油泵实际供油量与金属挤压机实际负载流量在

任何工作阶段均能保持一致，保证电机在整个变化的负荷范围内的能量消耗达到所需的最小

程度，xxxx了溢流现象，并确保电机平稳、xx地运行。

2、工作原理流程图：

    如何巧妙取得控制信号，实现挤压设备与变频器的简易结合是十分重要的。金属挤压机

采用单片机进行控制，其压力、时序设定可按工艺条件人为给定，变频改造前利用单片机控

制系统输出的信号，控制压力比例调节阀，从而调节主油泵压力的大小。变频改造后，把控

制压力比例调节阀的信号(一个线性的电流值或 0～10V、0～24V 的电压值)经信号转换模块

转换后，变成一个 0～10V 的标准信号直接送到变频器的模拟输入端，从而改变变频器的输

出频率，随即改变主油泵电动机的转速，达到调压、节电双重作用。

四、节能预测及xxxx

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     现以4台加压泵改造为例，在一般生产中{zg}瞬间峰值电流为330A，待机电流110A，

平均电流150A。

     1、工频状态按平均工作电流150A计算，功率因数取0.85，单台时耗电量如下：

        P=1.732*380*150*0.85=83.9KW/台

       4台机年耗能电量，按每年生产期300天、每天20小时计算

        P=83.9 *20×300×4=2013600kWh

       按平均电0.5元计算，4台泵每年所需电费为￥1006800元。

     2、变频器改造后，4台加压泵按每台节电30％，4台每年可节约电量如下：

        P=2013600kWh×30％

         =604080 kWh

       按平均电费0.5元计算，每年可节开支￥302040元。

    当然，实际的节能程度与使用的工况有关系，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。

五、意科 SINUS PENTA 变频器在金属挤出机的应用特点

     根据上述原则，选择SINUS PENTA变频器，使系统能够满足上述工况要求，SINUS

PENTA 变频器在金属挤出机中使用有以下技术特点：

    1、使用矢量控制的{zg}算法，磁场定向FOC 控制，变频器实现零速高转矩，{zg}可

达 200％的额定转矩，持续120S，以补偿低频转矩不足。

    2、SINUS PENTA变频器，内置PLC 程序控制功能，多种控制，操作方式，齐全的保护

功能。

    3、SINUS PENTA变频器的控制精度高，开环进度为{zd0}速度的±0.5％，闭环为{zd0}速

度的0.01％。

    4、独立风道全封闭设计，独特的外置式散热结构，防尘、防气、防腐蚀、环境适应能

力强，使用寿命更长。

    5、针对全球环境的3C3 电路板防腐涂层设计，达到军品标准，适应苛刻的应用环境。

    6、宽电压范围设计，适应各种应用环境，额定电压为380～500VAC，－15%～＋

10%的波动范围，额定频率为50～60HZ，±20％。

    7、大幅度降低电机的维修率，降低维护成本提高生产效率，大大降低机械磨损，降低

油温，从而延长密封件的使用寿命。

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    8、可对马达进行软启动，彻底解决马达启动时对电网的冲击。

    9、可根据产品的工艺要求，对马达进行闭环控制，使马达始终工作在高效节能状态。

    10、变频自身有着超强的保护性能，当出现过流、过压、过载、欠压等系列问题，变频

器都会瞬间进行保护，停止输出，从而保护负载免遭损害。

    11、本产品要求于原设备控制旁，这样便于操作与监控。变频器串接于控制电路中，无

须对原电路做太大的改动。

    12、每台机都配备独立的工/变频切换系统，一旦某台变频器有异常，可随时将此台变

频器转换到工频状态，不会对生产造成任何影响。

    13、采集每台泵压力信号作为信号源，通过模拟信号转换系统给变频器提供 0-10V 信

号，使整机工作在闭环状态，以提高变频器动态响应。

六、SINUS-PENTA 变频器的优点：

    1．全系列原装意大利进口,质保期30个月；

    2．全系列内置滤波器,符合EN61800-3标准；

    3．132KW以下全部内置刹车单元；

    4．电机噪音专利技术,可载波很低同时噪音很小；

    5．超过20个行业应用软件,可供用户使用；

    6．提供易损件的寿命到达指示,便于准备配件；

    7．加I/O扩充卡，可达到36点的PLC功能；

    8．外置式散热结构，风道可xx独立；

    9．提供高速脉冲输入接口，达100KHz的频率,可直接外接编码器；

    10．支持多种通信模式,包括手机无线通信模式GSM，GPRS；

    11．采用从属控制功能，多个电机同时连接一个传动轴时，电机参数自动校调；

    12．输出频率{zg}可达0-1000Hz（与变频器功率相关）；

    13．具有速度搜索、掉电管理、无波动却换、桥式起重专用等功能

    14．具有消防模式，{zd0}程度确保机器的连续运行；

    15．输入端无需接触器就可以达到IEC22G/109/IEC61800-5安全认证标准；

    16. 全系列金属外壳，有良好的屏蔽作用与坚固性；

    17. S60以上采用纯模块化设计,组合非常方便；

    18. 一机五种控制软件：

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          -IFD(V/F控制)

          -VTC(矢量转矩控制),分为开环矢量VTC与闭环矢量VTC

          -FOC(磁场定向控制),适用于xx力矩需求

          -SYN(同步电机控制),用于磁通和无刷同步电机,非常xx力矩值和优良节能

       表现

          -RGN(能量回升控制),可将回升电能回送电网的控制模式

19. 一机四额定，四种过载等级：

          -120%IRATE (轻载型),

          -140%IRATE (标准型),

          -175%IRATE (重载型),

          -200%IRATE (超重型)；

20. 全方位的电机保护功能：

          -电机可接PTC热电阻过热保护

          -停电时全方位电机保护的控制,直到零速.

21. 全系列带数字操作器；

          -操作器可以储存于远程控制模板并传递到多个变频器

          -12键和大背光LCD的新控制面板,4行*16字液晶显示

22. 丰富的输入/输出控制：

          -16段速可预设输入

          -3组可预设类比输入0-10Vdc,0(4)-20mA

          -2组可预设的继电器输出

          -辅助输入频率10-100KHZ

          -辅助输出频率10-100KHZ

          -3段可预设类比输出0-10Vdc,0(4)-20mA

          -2组可预设晶体管输出

                                                               意科科技

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