變頻器用于注塑機節(jié)能改造□艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司周孚宏著塑料制品的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)量的迅速增長，塑料機械己經(jīng)成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化和機械等行業(yè)的重要技術(shù)裝備，需求量激增。其中注塑機由于對各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，能對外形復(fù)雜、尺寸精確或有金屬嵌件質(zhì)地密致的塑料制品一次成型，且其生產(chǎn)能力較高，易于實現(xiàn)自動化，因此成為塑料機械中增長比較快，生產(chǎn)數(shù)量比較多的機種之一。據(jù)統(tǒng)計，目前注塑機的生產(chǎn)總數(shù)占整個塑料成型設(shè)備的20%30%.在塑料制品加工行業(yè)飛速發(fā)展的同時，行業(yè)內(nèi)的競爭也日趨激烈，如何有效降低成本，提高產(chǎn)品競爭力成了業(yè)內(nèi)企業(yè)共同關(guān)注的問題。

　　近年來國內(nèi)外一些廠家推出了變量泵注塑機、全電動注塑機等節(jié)能型產(chǎn)品，但是由于設(shè)備價格昂貴、維護成本高且使用要求高等種種原因，在國內(nèi)市場上銷量不大。我國塑料加工企業(yè)使用的注塑機90%以上還是定量泵注塑機。所以，采用新技術(shù)對定量泵注塑機進行節(jié)能改造更具有實際意義。變頻器正是這樣一種新的技術(shù)設(shè)備，由于它能夠靈活方便地改變電動機的轉(zhuǎn)速，因而就可以借助它將定量泵模擬成變量泵，達到節(jié)能改造的目的。

　　注塑機變頻節(jié)能改造原理目前絕大多數(shù)注塑機都是采用液壓傳動，定量泵注塑機就是通過電動機帶動定量泵供油來提供液壓傳動系統(tǒng)中的動力。以前液壓馬達直接接市電一直以工頻運行，泵的輸出流量也就無法隨著負荷的變化而改變，始終保持恒定的流量。

　　注塑機的設(shè)計長期以來追求精密化和高速化，設(shè)計時電動機的功率通常又是按照各個動作的比較大消耗功率來設(shè)計的。但實際生產(chǎn)中，由于產(chǎn)品的表面精度的要求，往往產(chǎn)品不適合高速高壓成型，因此導(dǎo)致注塑機的設(shè)計功率偏大。實際使用時電動機的平均負載往往只有設(shè)計容量的40% 60%，個別情況甚至更低。這也造成了電動機工頻運行時電能的大量浪費。

　　對定量泵注塑機的變頻改造正是基于以上兩方面的原因。

　　改造后的系統(tǒng)，能夠自動跟蹤注塑機本身的工作狀態(tài)、工作壓力和流量信號，通過變頻器適時適量地控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵的輸出流量，使泵的實際供油量與注塑機的工作流量需求在任何工作階段均能保持一致。這就使電動機在整個負荷變化過程中的能量消耗降到比較小程度，基本消除了溢流現(xiàn)象。另外在非動作狀態(tài)時讓電動機停止下來，也能進一步地增大節(jié)能空間。再有，應(yīng)用變頻器還能提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減小液壓馬達的無功損耗，并提高了工廠的供電效率和電網(wǎng)質(zhì)量。綜上所述，不難看出，對定量泵注塑機進行變頻節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。

　　例電動機功率為18.5kW，生產(chǎn)亞加力透明件，生產(chǎn)周期為14s，在市電供電狀態(tài)下和變頻控制狀態(tài)下，實測功率消耗曲線的對比如所示。可以看出，在變頻節(jié)能改造后，整個注塑工作周期內(nèi)，節(jié)能顯著。

　　沌塑機在工頰和變頰X作狀態(tài)下的能耗1丨1|線比照圖注塑機變頻節(jié)能改造方案對定量泵注塑機進行變頻改造時，為確保對生產(chǎn)無任何影響，保障系統(tǒng)的可靠性，對注塑機原有液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)盡量不作變動。另外，保留定量液壓馬達原有的工頻運行回路，增加控制電路，保證用戶可以方便地進行工頻和電氣傳動pA應(yīng)用與方案變頻運行的切換。

　　變頻控制部分則是利用注塑機控制系統(tǒng)的同步控制信號，并將注塑機控制器給出的調(diào)節(jié)流量、壓力比例閥的模擬量信號（如01ADC），經(jīng)處理變換，轉(zhuǎn)變?yōu)?10VDC或420mA的信號，送給變頻器，用來調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速，使得液壓系統(tǒng)的輸出能與注塑機在各個工序段中所需的油壓大小和流量速度精確匹配，從而使溢流閥的回流量降到比較小，達到節(jié)能目的。

　　注塑機變頻節(jié)能系統(tǒng)的原理示意圖如所示。

　　注a機變頻書能系統(tǒng)的原理sg*目前，變頻控制部分對于取自注塑機控制器的壓力比例和流量比例控制信號的處理方法多種多樣。大部分是通過電路轉(zhuǎn)換板直接將其中的一個信號轉(zhuǎn)換為變頻器可用的模擬量有的則是將流量與壓力信號的乘積通過運算、放大后轉(zhuǎn)換成變頻器可用的信號還有些為了達到更好的控制效果，根據(jù)注塑機的工藝和產(chǎn)品特性專門建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后用注塑機控制器送出壓力、流量信號并計算出對應(yīng)的控制量，用來控制變頻器的輸出頻率。

　　注塑機變頻節(jié)能改造實例艾默生公司生產(chǎn)的TD3400注塑機專用變頻器采用了矢量控制，具有高速的動態(tài)響應(yīng)和優(yōu)異的自動限流能力，且瞬間過載能力可達到額定負荷的200%，另外在零頻無速度傳感器的方式下也能輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩。這些特性非常符合注塑機的應(yīng)用需求，加之TD3400變頻器注塑機專用還專門根據(jù)注塑機的應(yīng)用特征增加了相應(yīng)的功能，因此在注塑行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。目前，該型號變頻器己成功應(yīng)用在海天、震雄、東華、億利達、華大、寶源、聯(lián)塑、臺中精機、三菱、東芝和川口等品牌的注塑機上，并成功地對富士康、海爾、長虹、燦坤等企業(yè)的注塑機進行了大批量的改造。

　　某廠有30800PC的注塑機138臺，其中注塑機用電總電流為6000A，占該廠總用電量的80%.除了部分帶變量泵的進口注塑機無需改造外，可以進行節(jié)能改造的定量泵注塑機有80臺，電動機功率合計達到2800kW.在利用TD3400對這80臺功率從15100kW的電動機全部進行變頻改造之后，全廠用電的總電流下降了2100A左右，每月可節(jié)電50萬kW.h，平均節(jié)電率達了56.2%.且每臺機運行都穩(wěn)定可靠，到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)任何故障，也沒收到某臺機或者某套模具不適合使用的信息。

　　以該廠的1臺寶源450PC注塑機為例，當使用的原料材質(zhì)為PC+ABS，加工手提電鋸的外殼時，在工頻工作和變頻改造后的其生產(chǎn)過程中各個動作狀態(tài)下的耗電情況見附表（不含電熱功率消耗）。

　　附表注塑機工頻工作與變頻節(jié)能改造后耗電情況對照表不同工作狀態(tài)下的電流值/A單位用電量節(jié)電率鎖模1網(wǎng)熔膠冷卻！針1待機工頻運行變頻運行注塑機變頻節(jié)能改造中常見的問題與解決措施在對注塑機進行變頻改造時，可能經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)周期在變頻工作時會慢0.31.2s.且變頻器功率越大，產(chǎn)品工況越復(fù)雜，周期就會相應(yīng)地增加。這主要是由于在不同工序段切換時，變頻器需要根據(jù)各工序所需要的不同壓力、流量而不斷改變輸出頻率，而使電動機經(jīng)常處于加減速過程中。盡管變頻器的加減速時間可調(diào)得很短，但相比工頻運行時電磁閥通斷速度有一定的滯后，這就導(dǎo)致了相同工藝參數(shù)下變頻控制時單位加工周期有所延長，生產(chǎn)效率受到一定影響。

　　對于這個問題，一方面，要求選用的變頻器有很好的動態(tài)響應(yīng)性能，以盡量縮短響應(yīng)時間；另一方面，可以根據(jù)實際情況，調(diào)整注塑機的部分工藝參數(shù)，如加大壓力設(shè)定值等。

　　當然，我們也可以對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行改進來解決問題。例如工頻時注塑機在液壓系統(tǒng)設(shè)計時考慮到液壓沖擊帶來的危害，在液壓回路上采用了很多緩沖回路。如果能提高液壓回路反應(yīng)時間就可以彌補變頻加速過程帶來的滯后。而對于變頻器控制系統(tǒng)，如果能采用流量和壓力兩路信號控制，也能夠較好地解決這個問題。

　　2.有時出現(xiàn)壓力不夠個別情況下，由于機器采用的元件質(zhì)量不過關(guān)，或保養(yǎng)不好，液壓回路中個別液壓元件磨損，導(dǎo)致自身的壓力一一流量特性有所下降，造成控制壓力隨流量的變化較大。這時表現(xiàn)出有時壓夠而有時不夠的現(xiàn)象。工頻生產(chǎn)時由于流量恒定，因此問題沒有被暴露出來。采用變頻控制時就會表現(xiàn)出壓力不夠。

　　為了解決這一問題，一個辦法是通過調(diào)整注塑機的工藝參數(shù)，將變頻工作時注塑機的壓力和流量設(shè)定得比工頻時高一些另一個辦法就是從控制方法上想辦法，例如就是采用基于速度環(huán)節(jié)的壓力閉環(huán)控制，保證壓力滿足要求。

　　變頻器對注塑機的正常運行產(chǎn)生干擾由于變頻器在工作時輸入和輸出電流中都會有一定量高次諧波成分，這就會對注塑機的控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，嚴重時可能影響到注塑機的正常動作。對此，可采取以下措施在輸入側(cè)和輸出側(cè)加裝變頻器專用濾波器、電抗器等措施減小高次諧波電流。

　　控制信號線使用屏蔽電纜，并把屏蔽層一端接到變頻器的公共輸入端子上，另一端懸空。

　　變頻器的輸入、輸出電纜與控制信號線分開走線，它們之間應(yīng)該至少保證20cm以上的距離且盡可能遠。

　　減少變頻器的載波頻率。

　　另外，同一電源下的其他設(shè)備比較好能做到隔離供電。

　　注塑機變頻改造帶來的益處使定量泵變?yōu)楣?jié)能型變量泵，注塑機液壓系統(tǒng)與整機運行所需功率匹配，無高壓節(jié)流溢流能量損失，節(jié)電率高達將功率因數(shù)由0.60.8提高到0.96以上，大大減少了無功電流，降低了線路損耗，提高了電網(wǎng)質(zhì)量和供電效率。對供電設(shè)備而言，相當于起到了增容的作用。

　　使用變頻器可實現(xiàn)電動機的軟起動，起動平滑無沖擊。

　　這樣一方面可以減小起動時對電動機和電網(wǎng)的沖擊，既保護了電動機，延長了其使用壽命，對電網(wǎng)而言又可以算是增加了系統(tǒng)的裝機容量。另一方面，由于減輕了開、鎖模的沖擊，從而延長了機械和模具的使用壽命，減輕了噪聲。

　　由于變頻器可以調(diào)節(jié)液壓泵的流量和壓力，一方面使得油溫會比工頻狀態(tài)下降低1518*C.這樣延長了壓力油的使用壽命；冷卻水的用量也可節(jié)省30%以上而且變頻運行時壓力油溫度可降至3540C左右，此狀況下的油溫比較能保證液壓執(zhí)行組件的重復(fù)精度和穩(wěn)定性。另一方面，使密封組件的使用壽命得以延長，降低停機維修的次數(shù)和維修時間，節(jié)省大量維護費用。

　　采用變頻器后，它具有過壓、過流、過載、過熱、欠壓及對地短路等多種保護，能夠在線監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)故障并報警。這樣一來可以保護變頻器本身，二來能保護電動機，其三，還能避免注塑機機械部件因錯誤操作而損壞，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。

　　因為保留了注塑機原有控制方式及油路不變，可實現(xiàn)工頻/變頻切換。EA（上接第86頁）轉(zhuǎn)矩也將不變隨著卷繞輥卷徑的增大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩將變?yōu)樨撝担鏱所示。拖動系統(tǒng)將處于減速狀態(tài)，如c所示。

　　減速時的速度大小應(yīng)符合能量守恒原理。如果忽略傳動系統(tǒng)的損失不計，則電動機的輸出功率也必保持不變因此，拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速將隨著卷徑的增大而不斷下降改變給定轉(zhuǎn)矩的大小，可以改變卷繞的松緊程度。

　　（如塑料薄膜）在卷繞過程中，為F了避免薄膜之間互相粘合，要求在卷徑增大的過程中，薄膜的張力適當減小，如所不。

　　針對這種情況，只需令轉(zhuǎn)01矩給定信號隨卷徑的增大而逐S17漸減小，從而使電動機的輸出轉(zhuǎn)矩也逐漸減小就可以了。可見，變頻器的轉(zhuǎn)矩控制功能可使卷繞機械的恒張力控制變得比較容易實現(xiàn)。EA