硫化机液压设备用电机系统的节能改造方案

硫化机液压设备用电机系统的伽改造方案硫化机液压设备用电机系统的节能改造方案一、轮胎行业硫化机液压设备及驱动电机的现状及问题点1、硫化机液压设备运行工艺：在一个硫化周期，硫化机液压系统动作，硫化机液压站就动作，电机运行，所有的液压系统动作完成后电机空载运行2分钟停止，目的给液压油降温。液压泵采用的是负载敏感变量柱塞泵，可以根据设备不同的运行负载大小自动调节输出油压，达到节能的目的。硫化机开合模动作采用的是比例阀控制，配合位移传感器，进行快慢速段的速度控制，并且实现快慢速切换的柔和性，减少切换冲击，实现开合模动作的平稳性。机械手动作控制回路中的快速阀与平衡阀，可以实现准确定位。加压回路中设计分流集流阀，保证两个加压油缸动作的一致性。系统有油位与油温检测传感器，当出现液压低报警时，液压系统报警并停止运行，硫化机进行正硫化机时，液压系统进行空负载冷却循环，令却2分钟。硫化机增压与补压采用的气动增压泵，加压初始油泵工作，当加压压力高于80bar时，增压泵同时工作，达到系统压力125bar时，液压泵停止工作，增压泵继续工作，达到设定值时停止工作，当压力低于设定值时，增压泵工作补充压力。2、硫化机液压设备的工作现状:1） 、传统的轮胎硫化机液压系统，在整个运行阶段，如合模、硫化、开模等过程中需要不同的压力和流量。当需要超过给定的流量及压力时，会由溢流阀或比例阀来调整压力流量，即高压溢流，其所造成的能量损失很大。2） 、硫化机液压站因工作频繁起停，启动电流很大，导致接触器（软启动）频繁损毁，电机频繁烧毁，误工误产，设备损失，造成企业运行成本增加。3） 同时机械冲击和噪声都较大，机械配件寿命相对减少，维护成本较高。4）节能减排的压力很大。液压站电机工作需要不停的负载及空载交替运行，普通三相异步电机耗能很大，不符合环保节能要求。二、开关磁阻电机的特性和节电原理开关磁阻电机伺服驱动系统是由开关磁阻电机本体及其控制系统两大部分组成，是全球范围内最新一代高效电机调速系统，兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术一体的光、机、电一体化高新技术。具有以下优点：1、 与现有液压系统电机相比具有显著的节能、降耗特点，节能效果能达到40%。开关磁阻电机伺服驱动系统可以根据不同阶段的压力、流量要求，通过调整开关磁阻伺服电机的转速，控制齿轮泵压力和流量输出，使溢流量很少或没有溢流量，从而实现节能控制。同时有效降低了液压系统的发热量，这就减少了冷却器的冷却面积和冷却水的使用量，节能的同时达到了降耗的效果。与现有使用比例阀、比例泵的硫化机液压系统相比，开关磁阻电机伺服驱动系统使用的是齿轮泵，对油液的清洁度要求较低，可以延长液压介质的使用时间，降低了液压介质的消耗。2、 开关磁阻电机伺服系统是无级调速，可以频繁带载启停及正反向转换运行，可以轻松的低转速带载启动，能适应液压系统快慢速、高低压快速运转及启停切换的工况，运行动作柔和，噪音低。3、 开关磁阻伺服电动机结构简单、可靠，适用于低速、中速、高速各种速度的运转，特别适合硫化机的冲击负载性能要求。其突出的优点是转子上没有任何形式的绕组，因此不会有鼠笼感应电机制造过程中铸造不良和使用过程中的断条等问题，所以极少出现电机烧毁现象，且缺相或过负载时不会损坏电机，开关磁阻电机当出现电源缺相、任一相出现故障时，只会引起电机输出功率减小，但仍然可以运行；当超过额定负载120%以上时，只会引起转速降低，不会烧毁电机和控制器，避免造成直接经济损失。4、 起动转矩大，起动电流小，对电网冲击极小，真正的软启停功能，且是闭环控制，有效减少电机的空转损耗。运行过程中，无需无功补偿和平衡就能充分保障电压质量，对输配电线路、升降压变压器、配电变压器、用户电力负荷等各个功能设备的性能发挥都有极佳的帮助作用，极大地提高了电力系统运行的稳定性和安全性，节约了上游设备的运行费用，对充分发挥包括用户端的经济效益，具有很大作用。6、开关磁阻电机伺服驱动系统具有完善的过载、过流、过压、欠压、短路、接地等保护功能，高可靠性。通过整套系统，对液压系统实现完全智能化控制，实现硫化机液压站的压力、速度和位置的数字化控制。三、 开关磁阻电机用于硫化机液压设备的基本方案1、 改造过程保持原控制系统电路不变，将硫化机液压站的电机系统替换成开关磁阻电机伺服驱动系统，此系统结合PLC给定的启停信号直接控制电机启停，同时把液压站的压力信号接到开关磁阻电机控制器模拟量的端口，做成压力信号反馈闭环控制，通过压力信号控制开关磁阻电机的转速，从而使油压稳定在设定值波动范围内，进行恒压控制，反馈压力与设定压力经过控制器的比较运算，进行同步输出，从而调整电机转速，使油压稳定在设定压力上。2、 工作过程PLC发出启动信号后，开关磁阻电机伺服驱动系统启动，液压站压力迅速上升达到设定值，给液压装置提供液压开模或合模动力；当开模合模动作完成后，压力传感器电压（也可以是电流）输出减少，开关磁阻电机转速降低，电机低速运转，此时液压站压力保持在设定值；当液压装置开始动作时，液压站流量增大压力降低，压力传感器电压（或电流）输出增大，开关磁阻电机转速迅速运转，给液压站提供所需压力；如此反复，当一个周期结束后PLC给出停止信号时，开关磁阻电机伺服系统停止，处于待机状态，等待下一个工作周期开始。四、 改造后性能和节电预测改造效果1）改造后的硫化机液压系统，开关磁阻伺服电机驱动系统在进行压力控制的同时，引入流量控制信号，限制压力控制调节器的速度指令输出，达到流量的自如控制，使得运行过程非常平滑，整体系统运行非常稳定可靠。2） 无阀控制，压力闭环的柔性调节输出，无溢流损失，无节流损耗，油缸、阀门、管道无冲击，操作数字化，安全节能。3） 维护成本降低。工作稳定可靠，生产过程中无故障停机及器件损坏，故无需停机更换损毁的接触器（或软启动）及其他备品备件，仅在停机检修时进行除尘、紧固螺丝等常规保养工作，节约人力资源及备件费用，同时保证生产的连续性，提高产量。4） 降低冲击，延长机械配件和电机使用寿命，减少备品备件等采购成本。设备频繁的直接启动或停止都会产生强大机械冲击，造成机械配件的损耗过快甚至损坏，普通三相电机会因6-10倍启动电流冲击，造成线圈老化进而寿命缩短、烧毁。而开关磁阻电机软起和软停的功能，就能保证设备在启停的过程中工作平稳，而当液压站在无液压输出时，电机低速运转也降低了设备机械磨损等，从而做到了降低机械冲击，延长机械配件和电机使用寿命、减少备品备件的采购成本等。5） 节能。开关磁阻电机驱动系统与变频器电机驱动系统相比，在节能领域具有无可比拟的优势，已被众多行业的实际应用证明。在工业节能里面，开关磁阻电机驱动系统是真正意义上的一款高效高节能电机。在我们所做的工业节能对比方面，开关磁阻电机驱动系统在相同的环境和设备，用同样的功率，时间进行电能使用量的对比，开关磁阻电机驱动系统的节能效果平均要比变频器系统高10%以上。因此，在相同条件下，如果变频器系统节能，则开关磁阻电机驱动系统就更节能。下面，我们以某公司用变频器在液压硫化机上做的节能效果来预测一下开关磁阻电机驱动系统的节能效果。在设备改造之前，对该液压站装电表统计计算单条轮胎的电能成本；根据电表计量电能成本统计可以看出，使用变频器还有很大的节能空间：精元液压硫化机与HF硫化机电能单耗比较机姿电能表IE录时问记星时长（h）消乾札能单桥（元）『条〕折析电醒单格|元〕3OH16:55:005W9S.00713000.364记无照压嵯化耳LF01-FD52013.12.301H5530日gCrDO1D.5S163.00.713000.29331日02:06:0015.18234.60.7130002D32013.12就|3OF321:30M1.927.80.711330.1B3001-B0?19:3531002:03006雨15,60.71例0.114注：精元硫化机F01-F05泵站启用37kW及22kW电机各1台。安装的单相电能表约有0.02kWh的初始值，造成第1次值较大。计算消耗电能数值：单相电能表读值x3x20（100:5互感器）。由表1统计结果可以算出精元液压硫化机F01-F05在未改造前每条胎平均电能消耗为：H单耗二（0.364+0.293+0.293+0.284）-4=0.3085元表2精元液压硫化机电能单耗比较电茂貌尼利问illJ■；倒h|抵曹皂健里沔IB元质脚5按俄嚣削2uii.i?.3niO：552014^1^6006157:007.133106*d.7130DD.2S4圈e旗由嘛帆2114WJ??T6：2a16：?3：如『17?^O.?i3D&0.100注：精元硫化机F01-F05泵站启用37kW及22kW电机各1台。安装的单相电能表约有0.02kWh的初始值，造成第1次值较大。计算消耗电能数值：单相电能表读值x3x20（100:5互感器）。根据表2统计，变频改造后每条胎的电能消耗为：H单耗二0.19元即：生产每条轮胎节省S单省二0.3085-0.19=0.1185元每天生产轮胎数量为：天产量=C产量xB班次二300x3=900条每月节省S月二S单省、天产量x月天数二0.1185x900x30=3199.5元1年按照300天连续生产时间，1天3班，每班产量300条胎，即,1年内节省电费即可收回改造费用。现在山东某轮胎企业的电机所用的是普通三相异步机，电机功率为30KW,电机额定转速为1470r/min,只有软启动，不能调速，启动电流达到164-180A，是需要带载启动，因为要进行恒压控制，控制油温及油量的输出，导致耗能非常高。而开关磁阻电机伺服驱动系统通过调节电机的转速来进行压力及油量输出的控制，根据设备需要的扭矩大小，从供给端提供多大的电流，空载时电流很小，空载损耗很小，非常节能。通过测算，如果用开关磁阻电机伺服驱动系统，十个月便收回节能改造费用。五、 改造周期安装调试大约2个小时。六、 结论改造后的硫化机液压系统，由于采用了流量和压力的双闭环控制，电机转速和转矩可以快速调整，从而实现对油泵的流量和压力输出联系精确控制，因此在节能、降噪及提高液压硫化机运动平稳性方面有明显的优势,将会在液压硫化机中得到广泛的应用。应用开关磁阻电机