變頻調速技術在壓鑄機節能設計中的應用探究

劉大生 李小亞

【摘 要】壓鑄機被廣泛應用于機械加工以及模具成型等方面，其工作過程較為復雜，并且具有耗能高的問題，需要運用變頻調速技術，降低耗能。基于此，本文提出了變頻改造的電路、變頻器的保護功能、變頻器的接線、對異常情況的處理四個方面應用，提高壓鑄機的工作效率，節省能源。

【關鍵詞】變頻調速技術；壓鑄機節能；電路

壓鑄機在制造業是較為有代表意義的設備，現如今各行各業都在盡力降低耗能，壓鑄機在運行過程中容易出現較高的電能消耗，需要技術人員加以研究，將變頻調速技術應用在壓鑄機中，減少能源消耗，增加壓鑄機的使用壽命，促進制造業的發展。

一、變頻調速技術在壓鑄機節能設計中的重要性

壓鑄機屬于周期性變負荷設備，一個生產周期有鎖模、冷卻等幾個環節，在運行過程中會消耗較多的電能，增加電機負荷，將變頻調速技術應用在其中，具有以下重要作用：第一，降低電機啟動的電流沖擊。傳統的壓鑄機在啟動過程中，會存在大電流啟動的現象，給壓鑄機帶來較大的沖擊，在運用變頻調速技術后，會避免上述情況出現，進而增加壓鑄機的穩定性與安全性，同時對變壓器起到增容的作用，緩解增容壓力[1]。第二，延長設備壽命。傳統壓鑄機的電機會在軸承上產生應力負載，影響軸承的使用壽命，運用變頻調速技術，可以有效解決應力負載的問題。另外，運用變頻調速技術，對電動機有多種智能保護功能：如欠壓、過壓、缺相等幾個方面。第三，減低噪音。壓鑄機在使用過程中，會出現較大噪音，其中的主要原因是調節閥在運行過程中，會產生噪音，技術人員通過運用變頻調速技術，在電泵及運行過程中，不需要調節閥，從而解決噪音的問題。

二、變頻調速技術在壓鑄機節能設計中的應用

（一）變頻改造的電路

壓鑄機中液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥等幾種組成，在壓鑄機工作過程中，會有節流損耗和設計余量損耗。采用變頻節能柜改造后，可以大量減少以上損耗，實現節電。因此，對壓鑄機閥控電液模式進行變頻節能改造很有必要。壓鑄機具有工作環境復雜的問題，所以在設計過程中，需要改變壓鑄機的運用環境，包括散熱、通風等功能。在進行電路改造時，主要運用變頻加工頻的方式。設計人員應針對壓鑄機的具體工作情況進行變頻節能柜電路設計，為了保證變頻器在運行過程中，出現故障時能夠對壓鑄機的生產工作不造成影響，設計師應運用工頻變頻可切換模式，一旦變頻部分出現問題時可以很方便地切換到工頻狀態，這樣不會影響生產的正常進行。在變頻改造的時候，設計師不需要改動其原來的電氣線路，只需將變頻節能柜串進電路即可。另外，在設計過程中，設計師應加強對輸入電抗器的使用，用來限制電網電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，平滑電源電壓中包含的尖峰脈沖，或平滑橋式整流電路換相時產生的電壓缺陷，有效地保護變頻器和改善功率因數，它既能阻止來自電網的干擾，又能減少整流單元產生的諧波電流對電網的污染。同時運用直流電抗器，將疊加在直流電流上的交流分量限定在某一規定值，保持整流電流連續，減小電流脈沖值，使逆變環節運行更穩定及改善變頻器的功率因數[2]。

（二）變頻器的保護功能

在將變頻調速技術應用在壓鑄機的過程中時，需要保證變頻器具有故障檢測、缺相、過負荷等方面的保護作用，避免在壓鑄機在運行過程中出現安全事故，在設計過程中，保證變頻器有以下幾種保護功能：第一，變頻器的輸出有電壓檢測功能。變頻器能自動調整輸出電壓，使電機不承受過電壓。即使在輸出電壓調整失效和輸出電壓超過正常電壓的110%時，變頻器也會通過停機對電機起到保護作用。第二，在運行過程中，負荷起伏變化較大時，意味著生產機械的工作發生了意外，變頻器立即停止工作。第三，變頻器監測電機電流。當電機電流超過額定電流的120%/1分鐘時，變頻器通過停機來保護電機。例如，某品牌變頻器應用于塑料泡沫壓鑄機上時，設備為塑料泡沫壓鑄機，由1.5KW行程電機驅動鏈條式傳送帶，氣缸壓膜成型，全自動控制，為提高生產效率，鏈條式傳送帶電機采用EN600-4T0022G/0037P變頻器驅動，成型的原料到傳送帶后，中速到達位置后，形成開關動作，變頻器迅速停機，關聯紅外傳感器動作，氣缸帶動壓膜成型，紅外傳感器斷開信號后，傳送帶快速退回到指定位置，再慢速把成型好的產品移動到終點，流入下一道工序。具有以下優勢：1.較高的響應速度，明顯提高了生產效率；2.完善的保護方案，過流、過壓、通電對地保護；3.輸入輸出缺項檢測，具有性能卓越，長時間穩定運行的重要作用。

（三）變頻器的接線

在對變頻器進行設計時，工作人員應對變頻器的接線進行充分考慮。在壓鑄機中，變頻器主要應用變頻技術和微電子技術，設計人員通過改變電機工作電源頻率的方式，控制交流電動機，變頻器主要由整流、濾波、檢測單元微處理單元等組成。在進行接線設計時，工作人員需要注意以下幾個方面：第一，變頻器的控制電路主要分為模擬和數字兩種。控制電路端子的接線應使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主回路、強電回路分開布線。由于控制電路的頻率輸入信號是微小電流，所以在接點輸入的場合，為了防止接觸不良，微小信號接點應使用兩個并聯的節點或使用雙生接點。第二，在進行接線過程中，需要注意主電路，其中導線本身存在阻抗，所以，在設計過程中，保證變頻器與電機之間的接線不應過長、變頻器的輸入輸位置不能相反。在進行控制信號的連接時，運用屏蔽電纜，并保證有一端呈現懸空的狀態，避免接觸地面，或被其他因素干擾。第三，在設計過程中，設計師需要注意在輸出過程中，會產生諧波干擾，所以需要在變頻器中引用電抗器，降低諧波干擾，保證壓鑄機的運行。

（四）對異常情況的處理

變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。其結構多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設置環境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發生故障，或者無法滿足預期的運行效果。在針對壓鑄機進行變頻調速設計的過程中，工作人員需要對其中會發生的異常情況進行處理，保證實現節能的功能。第一，主回路常見故障。主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、接觸器等元件組成。在壓鑄機運行過程中，變頻器的電解電容，容易引起故障，需要設計人員對直流電壓和內部溫度進行成分的考慮，在進行變頻器的設計時，選擇合適的電容器型號，增加變頻器的使用壽命。此外，設計人員需要充分考慮安裝的環境，采取相應的措施減少脈動電流。第二，控制回路故障。在壓鑄機運行過程中，電源部分會影響控制回路，從而導致變頻器的使用壽命減少，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負載影響的定值，所以其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，所以設計師需要根據電容器環境溫度以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。

三、結語

綜上所述，將變頻調速技術應用在壓鑄機中，能夠有效地降低能量消耗，同時能夠加強壓鑄機的可靠性、具有延長設備壽命、減少維修成本的重要作用，能夠為企業帶來更高的經濟效益。

【參考文獻】

[1]陳灝.變頻技術在電力傳動節能領域的應用[J].集成電路應用，2019，36（06）：80-81.

[2]虞華祥. 壓鑄機節能技術應用概述[A]. 重慶鑄造行業協會、重慶市機械工程學會鑄造分會.2018重慶市鑄造年會論文集[C].重慶市機械工程學會鑄造分會，2018：3.