中國報告大廳網(wǎng)訊，在當(dāng)今制造業(yè)領(lǐng)域，壓鑄機作為關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)。隨著全球能源形勢的日益緊張以及對生產(chǎn)效率要求的不斷提高，壓鑄機行業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展至關(guān)重要。2025年，壓鑄機行業(yè)技術(shù)呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展態(tài)勢，其中變頻調(diào)速技術(shù)在壓鑄機中的應(yīng)用備受關(guān)注。這一技術(shù)的應(yīng)用有望為壓鑄機帶來顯著的節(jié)能效果和性能提升，從而推動整個壓鑄行業(yè)向更加高效、環(huán)保的方向發(fā)展。
《2025-2030年全球及中國壓鑄機行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，壓鑄機在運行過程中，尤其是在加工磁芯時，會遭受突發(fā)的負荷沖擊。這種沖擊會傳遞到電機側(cè)，導(dǎo)致電流出現(xiàn)不穩(wěn)定波動，甚至可能引發(fā)電流峰值過高的情況。在傳統(tǒng)的工頻電網(wǎng)供電系統(tǒng)中，只要開關(guān)和熱繼電器等保護設(shè)備的設(shè)定與電機規(guī)格適配，就能有效降低因過載引發(fā)斷路的風(fēng)險。然而，當(dāng)壓鑄機采用變頻調(diào)速時，所使用的鼠籠式電機缺乏即時的過流限制功能。一旦遇到超過額定負荷的沖擊，電機的轉(zhuǎn)差率會迅速上升，進而引發(fā)過電流現(xiàn)象，觸發(fā)變頻器的過流保護機制，致使系統(tǒng)暫停運行。在 V/F 控制模式下，當(dāng)變頻器驅(qū)動的鼠籠電機遭遇沖擊負荷時，還會產(chǎn)生明顯的速度波動，而這些速度波動與電機轉(zhuǎn)差率密切相關(guān)，共同影響著系統(tǒng)的動態(tài)性能。
壓鑄機的變頻器在高頻脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的驅(qū)動下，實現(xiàn)了精準的頻率轉(zhuǎn)換。其輸入端整合了不控整流橋，但這會導(dǎo)致整流二極管導(dǎo)通的電流并非完美的正弦波，而是產(chǎn)生顯著的非線性諧波。同時，在輸出端采用相橋式逆變電路的變頻器，其輸出電壓伴隨著大量的高階諧波。這些高頻諧波如同無形的電波噪聲，對壓鑄機周圍的精密電子設(shè)備，如計算機系統(tǒng)及通訊設(shè)備，構(gòu)成了潛在的電磁干擾威脅。
中國報告大廳網(wǎng)訊，在壓鑄機的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，采用 V/F 控制策略時，特別是在較低頻率區(qū)段，電機性能會受到定子電阻壓降的顯著影響。這會導(dǎo)致氣隙磁通下降，使得電機在低頻時的扭力輸出呈現(xiàn)下滑趨勢。此外，變頻器傳輸?shù)母哳l成分加劇了電機內(nèi)部的能效損失。而當(dāng)電機運行于低速時，軸端的通風(fēng)設(shè)備轉(zhuǎn)速相應(yīng)減緩，散熱效率降低，電機工作溫度升高，面臨潛在的過熱風(fēng)險。
壓鑄機的機械結(jié)構(gòu)主要參數(shù)包括擴力倍數(shù)、行程比、速度比。優(yōu)化后的壓鑄機機械結(jié)構(gòu)在鎖模狀態(tài)下應(yīng)具備更大的擴力系數(shù)和行程比。在壓鑄機運行過程中，行程中段速度較大，行程初段、末段速度較小。壓鑄機采用了大量的多連桿機械結(jié)構(gòu)，在肘桿數(shù)量、肘桿與動型座板、尾板鉸接位置不變的情況下，肘桿的長度和剛度成為影響壓鑄機性能的主要因素。通過設(shè)計變量控制各肘桿的長度，可實現(xiàn)對壓鑄機機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。從優(yōu)化前后機械結(jié)構(gòu)性能指標對比曲線來看，優(yōu)化后壓鑄機的擴力倍數(shù)由 21.45 提升至 24.57，在驅(qū)動油缸直徑、壓力不變的狀態(tài)下，最大鎖模力達到 31546kN;在鎖模力不變的情況下，驅(qū)動油缸壓力可適當(dāng)降低，從而達到節(jié)能降耗的效果。優(yōu)化后的行程比由 1.03 提升至 1.08，雖然變化并不顯著，但優(yōu)化后行程相比曲線前段有所降低且中段更高，合模時間顯著縮短，有效降低了機械結(jié)構(gòu)由收縮至展開階段前段時驅(qū)動油缸受到?jīng)_擊的風(fēng)險。優(yōu)化后速度曲線更加平滑，中段更高，末段更低且平滑，表明優(yōu)化后動型座板在合模階段中期、初期速度明顯下降，中間速度明顯提升，臨近鎖模狀態(tài)下速度明顯下降，有效降低了驅(qū)動油缸、模板受到?jīng)_擊的風(fēng)險，提升了模具及壓鑄機整機的可靠性。
采用二維輸入一維輸出結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)模糊 PID 控制器，確定二維輸出量為電液比例閥位移量 e、偏差變化率 ec，一維輸出量為電液比例閥的控制電流 I0。其工作過程如下：首先對比預(yù)先設(shè)定值與實際檢測值，得到偏差信號 e，經(jīng)過求導(dǎo)運算獲得偏差變化率 ec，再對它們進行模糊處理，得到模糊量 E、Ec，然后通過模糊推理獲得模糊決策;接著確定 PID 控制器的參數(shù) KP、Ki、Kd，使用 PID 算法得到電液比例閥的控制電流 I0。
為提升壓鑄機的控制效果，鑒于不同檢測電路具有相同的檢測原理且檢測數(shù)據(jù)變化頻率較低的特點，選用 TLP512 光耦作為光電隔離方式。為進一步增強檢測電路的穩(wěn)定性，降低光耦誤動作發(fā)生率，將穩(wěn)壓管 4148 作為壓鑄機控制系統(tǒng)電路穩(wěn)壓裝置，并在輸出端配備 RC 濾波電路，以提升電路的抗干擾能力。由于壓鑄機快速壓射單位時間較短，對控制系統(tǒng)的實時性有一定要求，因此選擇輸出脈沖頻率更高的旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測速度信號。采用高速光電隔離器 6N137 作為檢測電路隔離裝置，使用 104 電容作為電源管腳與地間的濾波裝置。
壓鑄機實時控制系統(tǒng)軟件設(shè)計在 Window 環(huán)境下使用 ADS1.2 完成，聯(lián)合運用 C 與 C++ 混合編程，以提高開發(fā)效率。軟件設(shè)計以模塊化為主，各模塊相互獨立。控制系統(tǒng)的主要邏輯功能包括完成系統(tǒng)初始化，以及循環(huán)查詢控制系統(tǒng)工況信息、處理數(shù)據(jù)。
由于壓鑄機的工作特性決定了其在運行過程中對油壓和流量需求的多樣性，因此改造策略需依據(jù)壓鑄機不同階段的需求，通過精密的信號處理系統(tǒng)進行調(diào)控。首先從壓力或流量比例控制閥獲取實時的電信號，這些信號經(jīng)電信號變送器精細轉(zhuǎn)化后，精準輸入到變頻器的控制系統(tǒng)中。變頻器據(jù)此調(diào)整輸出功率，進而調(diào)節(jié)油泵電機的轉(zhuǎn)速，間接控制油泵的流量輸出 Q，以適應(yīng)壓鑄機在各種工況下的需求。在改造時，將變頻器巧妙接入電機供電電路，把比例閥的信號，如 4 - 20mA 或 0 - 10V，轉(zhuǎn)換并精準對接到變頻器的接口，使流量能隨生產(chǎn)過程動態(tài)調(diào)整。在選擇流量信號時，優(yōu)先選取相對值變化顯著的信號，以便更好地匹配控制需求。若遇到超出預(yù)設(shè)頻率范圍的情況，可利用變頻器的頻率增益功能擴展調(diào)整區(qū)間。對于 1450r/min 的交流異步電動機，設(shè)計要求在間歇期間，變頻器的輸出頻率保持在 10Hz，而在工作周期內(nèi)提升至 50Hz。通過變頻器的信號處理、回路反饋以及顯示屏實時顯示，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精準調(diào)控，從而優(yōu)化壓鑄機的工作效率和性能。
在壓鑄機的操作流程中，各個組件對變頻器的性能需求各不相同，其容量配置的關(guān)鍵在于確定油泵電機的最大負載峰值。選擇變頻器時，首要參考電機在滿載運行時的電流強度，通常情況下，變頻器的額定電流應(yīng)略高于控制電機的額定電流，具體比例建議維持在 1.1 - 1.5。同時，變頻器與電機之間的電壓等級匹配也至關(guān)重要，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
鑒于壓鑄機在運作中面臨的多元化環(huán)境挑戰(zhàn)，其工作場所的周邊條件需格外關(guān)注，尤其是設(shè)備柜體設(shè)計中冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化。目標是確保充足的散熱區(qū)域和高效的空氣流通，為此可引入專業(yè)的風(fēng)扇和空調(diào)設(shè)施以維持適宜的溫度。針對油泵電機實施節(jié)能改造的電路設(shè)計也有相應(yīng)要求。
在進行變頻器接線操作時，首先要重視主電路的連通性。由于電線存在電阻特性，務(wù)必確保變頻器與電機間的連線長度適宜，并嚴格遵循電源正負極的正確連接，防止混淆。在連接信號線時，推薦使用屏蔽電纜，其中一端保持無接觸，遠離地面或其他可能的干擾源，屏蔽層連接至公用輸入接口，以保證信號純凈。在安裝變頻器時，還需關(guān)注變壓器運作中可能出現(xiàn)的諧波效應(yīng)，這可能對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，尤其威脅到壓鑄機數(shù)字化儀表。為防范此問題，安裝時應(yīng)采取以下策略：引入電抗器抵制輸入輸出電流產(chǎn)生的諧波;在設(shè)計線路布局時，盡量避免變頻器輸入、輸出線路以及控制信號線平行或捆綁，同時確?？刂菩盘柧€實施屏蔽，優(yōu)先使用 4 - 20mA 的電流信號傳輸;確保變頻器機殼可靠接地，以降低電磁干擾。對于油泵電機變速改造項目，雖然改為可調(diào)速模式可能帶來電機溫度上升的風(fēng)險，但由于油泵電機工作性質(zhì)為間歇式，溫度上升幅度有限。因此，是否增設(shè)恒速風(fēng)扇以控制溫度，需根據(jù)電機實際運行時的溫度狀況靈活判斷。
設(shè)計的變頻器不僅要有靈活的調(diào)速性能，還應(yīng)內(nèi)置高級保護機制，包括電壓監(jiān)控、電流均衡、相位完整性以及負載管理。一旦出現(xiàn)電壓過高或過低、電流異常、相位缺失或負載超載等情況，變頻器應(yīng)能迅速響應(yīng)，通過警告信號或自動斷開電路，確保設(shè)備安全并預(yù)留足夠的安全裕度。為提升維護效率，變頻器還需具備故障診斷和實時警報功能。一旦遭遇故障或參數(shù)偏離預(yù)設(shè)范圍，變頻器會立即發(fā)出警報，以便維護人員及時了解問題并采取相應(yīng)措施，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
在壓鑄機采用變頻調(diào)速技術(shù)后，實施了嚴謹?shù)臋z驗流程，包括對運行狀態(tài)的監(jiān)控以及對電機、油泵等關(guān)鍵部件溫度的測量，以確保所有改動均能使設(shè)備穩(wěn)定高效地運行。通過靈活調(diào)整加速時間策略，借助變頻器智能化的 “S” 啟動曲線模式，其支持無限可調(diào)速度，適應(yīng)各種需求的加速周期，從而在保護設(shè)備的同時，實現(xiàn)電機啟動階段的平滑過渡，避免了傳統(tǒng)硬啟動可能導(dǎo)致的電流沖擊問題。
壓鑄機完成變頻調(diào)速革新后，可通過對比改造前后的電力消耗來評估其節(jié)能效益。具體做法是讓變頻器在常規(guī)運行模式(非節(jié)能)和節(jié)能模式下各運行一段時間，記錄下各自初始和最終的電表讀數(shù)。然后利用公式：節(jié)電率 =[(非節(jié)電狀態(tài)用電量 - 節(jié)電狀態(tài)用電量)÷ 非節(jié)電狀態(tài)用電量]× 100%，來計算節(jié)能效率，進而得出每小時平均節(jié)省的電量以及改造實施的成效。以一臺 800t 壓鑄機制造 DY100 發(fā)動機左曲軸箱體的生產(chǎn)過程為例，單件產(chǎn)品分析，變頻器啟用前，每件產(chǎn)品耗電為 0.3351 度，啟用后降至 0.2299 度，節(jié)能率達到 31.39%。按照運行時間計算，先前每小時耗電高達 73.8 度，采用變頻器后降至 50.5 度，節(jié)能比例達 31.57%，這充分體現(xiàn)了改造帶來的顯著節(jié)能效果。
2025年，變頻調(diào)速技術(shù)在壓鑄機行業(yè)的應(yīng)用展現(xiàn)出了巨大的潛力和優(yōu)勢。通過對壓鑄機在變頻調(diào)速過程中面臨的沖擊負載、變頻器干擾、低頻區(qū)電機運行等問題的深入分析，提出了從機械機構(gòu)到控制系統(tǒng)的全面優(yōu)化設(shè)計方案。在實際應(yīng)用實施方面，詳細闡述了變頻器改造方案、容量選擇、安裝環(huán)境、接線以及保護功能等關(guān)鍵要點。節(jié)能分析結(jié)果表明，壓鑄機經(jīng)過變頻調(diào)速改造后，不僅設(shè)備運行更加穩(wěn)定高效，電機的電流消耗和溫升顯著下降，而且在節(jié)電方面取得了顯著成效，節(jié)能率高達 31.39%(單件產(chǎn)品)和 31.57%(按運行時間計算)。這一系列成果不僅為壓鑄機行業(yè)的技術(shù)升級提供了有力支撐，也為企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高市場競爭力提供了切實可行的途徑。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，變頻調(diào)速技術(shù)有望在壓鑄機行業(yè)得到更廣泛的應(yīng)用，推動整個行業(yè)向更高水平邁進。
更多壓鑄機行業(yè)研究分析，詳見中國報告大廳《壓鑄機行業(yè)報告匯總》。這里匯聚海量專業(yè)資料，深度剖析各行業(yè)發(fā)展態(tài)勢與趨勢，為您的決策提供堅實依據(jù)。
更多詳細的行業(yè)數(shù)據(jù)盡在【數(shù)據(jù)庫】，涵蓋了宏觀數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)、進出口數(shù)據(jù)、價格數(shù)據(jù)及上市公司財務(wù)數(shù)據(jù)等各類型數(shù)據(jù)內(nèi)容。
京公網(wǎng)安備 11010502031895號
