電動螺旋壓力機能量回饋裝置的 研發(fā)及應(yīng)用

作者：田江濤、邱同昌、孔永生、郭小紅、王程

 經(jīng)過十多年的發(fā)展，電動螺旋壓力機已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的摩擦壓力機，成為我國鍛造成型和耐火材料成型行業(yè)的主力設(shè)備，以其能量可控、節(jié)能、自動化程度高、成型精度高、操控性好等特點廣受用戶青睞。

 目前，電動螺旋壓力機的驅(qū)動電機主要采用開關(guān)磁阻調(diào)速電機和伺服電機。其工作過程是通過電機驅(qū)動螺旋壓力機的飛輪和螺桿頻繁正、反轉(zhuǎn)運動，螺桿和螺母之間形成運動副，螺桿驅(qū)動螺母和滑塊上下運動產(chǎn)生沖擊力，使制件成型。

在電動螺旋壓力機的工作過程中，其滑塊的速度-時間關(guān)系圖如下圖一，從O點到A點，滑塊是加速下降過程，飛輪儲能；從A點到B點，滑塊壓制工件，飛輪釋放能量，速度降為0.從B點到C點，電機反轉(zhuǎn)將滑塊提起；從C點到D點，電機參與制動，使滑塊停止在指定高度，一個循環(huán)結(jié)束。

              圖一、電動螺旋壓力機速度-時間關(guān)系圖

 在電機參與制動的過程中，電機處于發(fā)電狀態(tài)。制動能量將會返回到驅(qū)動器的直流母線上，所以直流母線電壓會上升，這部分能量要釋放掉。這部分能量的釋放一般是通過制動電阻轉(zhuǎn)換成熱能釋放掉， 電能白白浪費掉，同時帶來環(huán)境溫度提高。  

 在直流母線上增加儲能電容，可以存儲制動時消耗的能量，當(dāng)電機啟動加速時儲存的電容又可以釋放出去，提供電機急加速時所需要的能量。儲能的多少取決于開始制動時電機的動能以及直流母線上電容的容量，但是增加的儲能電容并不能完全替代制動電阻的作用。如果制動動能大于直流母線上的電容量，同時直流母線上沒有其他驅(qū)動器容納該能量，那么驅(qū)動器將會通過制動電阻來消耗該能量。

節(jié)約能效的方法是將直流母線上增加盡可能多的電容，因此，我們需要考慮如下幾點：

1、確保連接到供電電源上的直流母線的電容在較大可允許范圍。

2、制動能量不能超過制動電阻的較大功率。

3、控制器快速放電問題。

經(jīng)過研究，淄博桑德機械設(shè)備有限公司開發(fā)出了適合于螺旋壓力機的SDD系列能量回饋裝置（見圖2），經(jīng)過現(xiàn)場測試（見圖3）其能量回收率達到80%。

圖二、SDD能量回饋裝置

     圖三、能量回饋裝置測試結(jié)果

在鎂碳鋼包磚生產(chǎn)現(xiàn)場，我們選擇了兩臺SD20AS-630噸電動螺旋壓力機（90千瓦異步伺服電機）做對比試驗，生產(chǎn)相同磚型，一臺加裝了SDD系列能量回饋裝置，一臺采用原有的電阻箱制動，其測試數(shù)據(jù)如下：

在另一個客戶處，我們采用同一臺SD20A-630壓力機（90千瓦開關(guān)磁阻電機）做對比試驗，成型相同磚型，測試數(shù)據(jù)如下：

 通過以上數(shù)據(jù)可以看出，加裝了SDD能量回饋裝置的電動螺旋壓力機，具有明顯的節(jié)能效果，是一項具有光明前景的節(jié)能產(chǎn)品，可以給開關(guān)磁阻電機和伺服電機驅(qū)動的螺旋壓力機配套，提高螺旋壓力機的節(jié)能效果，為客戶創(chuàng)造效益，該產(chǎn)品已經(jīng)獲得了國家專利授權(quán)。