變頻器用于注塑機(jī)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(jī)械己經(jīng)成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化和機(jī)械等行業(yè)的重要技術(shù)裝備，需求量激增。其中注塑機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此成為塑料機(jī)械中增長比較快，生產(chǎn)數(shù)量比較多的機(jī)種之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前注塑機(jī)的生產(chǎn)總數(shù)占整個(gè)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(shí)，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(jī)、全電動(dòng)注塑機(jī)等節(jié)能型產(chǎn)品，但是由于設(shè)備價(jià)格昂貴、維護(hù)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(jī)90%以上還是定量泵注塑機(jī)。所以，采用新技術(shù)對定量泵注塑機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造更具有實(shí)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因而就可以借助它將定量泵模擬成變量泵，達(dá)到節(jié)能改造的目的。

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

　　注塑機(jī)的設(shè)計(jì)長期以來追求精密化和高速化，設(shè)計(jì)時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率通常又是按照各個(gè)動(dòng)作的比較大消耗功率來設(shè)計(jì)的。但實(shí)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(jī)的設(shè)計(jì)功率偏大。實(shí)際使用時(shí)電動(dòng)機(jī)的平均負(fù)載往往只有設(shè)計(jì)容量的40% 60%，個(gè)別情況甚至更低。這也造成了電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)電能的大量浪費(fèi)。

　　對定量泵注塑機(jī)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(dòng)跟蹤注塑機(jī)本身的工作狀態(tài)、工作壓力和流量信號(hào)，通過變頻器適時(shí)適量地控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵的輸出流量，使泵的實(shí)際供油量與注塑機(jī)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(dòng)機(jī)在整個(gè)負(fù)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(dòng)作狀態(tài)時(shí)讓電動(dòng)機(jī)停止下來，也能進(jìn)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(dá)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(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。

　　例電動(dòng)機(jī)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(shí)測功率消耗曲線的對比如所示?？梢钥闯?，在變頻節(jié)能改造后，整個(gè)注塑工作周期內(nèi)，節(jié)能顯著。

　　沌塑機(jī)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(jī)變頻節(jié)能改造方案對定量泵注塑機(jī)進(jìn)行變頻改造時(shí)，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(jī)原有液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)盡量不作變動(dòng)。另外，保留定量液壓馬達(dá)原有的工頻運(yùn)行回路，增加控制電路，保證用戶可以方便地進(jìn)行工頻和電氣傳動(dòng)pA應(yīng)用與方案變頻運(yùn)行的切換。

　　變頻控制部分則是利用注塑機(jī)控制系統(tǒng)的同步控制信號(hào)，并將注塑機(jī)控制器給出的調(diào)節(jié)流量、壓力比例閥的模擬量信號(hào)（如01ADC），經(jīng)處理變換，轉(zhuǎn)變?yōu)?10VDC或420mA的信號(hào)，送給變頻器，用來調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，使得液壓系統(tǒng)的輸出能與注塑機(jī)在各個(gè)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(dá)到節(jié)能目的。

　　注塑機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)的原理示意圖如所示。

　　注a機(jī)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(jī)控制器的壓力比例和流量比例控制信號(hào)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(gè)信號(hào)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(hào)的乘積通過運(yùn)算、放大后轉(zhuǎn)換成變頻器可用的信號(hào)還有些為了達(dá)到更好的控制效果，根據(jù)注塑機(jī)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(jī)控制器送出壓力、流量信號(hào)并計(jì)算出對應(yīng)的控制量，用來控制變頻器的輸出頻率。

　　注塑機(jī)變頻節(jié)能改造實(shí)例艾默生公司生產(chǎn)的TD3400注塑機(jī)專用變頻器采用了矢量控制，具有高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和優(yōu)異的自動(dòng)限流能力，且瞬間過載能力可達(dá)到額定負(fù)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(jī)的應(yīng)用需求，加之TD3400變頻器注塑機(jī)專用還專門根據(jù)注塑機(jī)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(hào)變頻器己成功應(yīng)用在海天、震雄、東華、億利達(dá)、華大、寶源、聯(lián)塑、臺(tái)中精機(jī)、三菱、東芝和川口等品牌的注塑機(jī)上，并成功地對富士康、海爾、長虹、燦坤等企業(yè)的注塑機(jī)進(jìn)行了大批量的改造。

　　某廠有30800PC的注塑機(jī)138臺(tái)，其中注塑機(jī)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(jìn)口注塑機(jī)無需改造外，可以進(jìn)行節(jié)能改造的定量泵注塑機(jī)有80臺(tái)，電動(dòng)機(jī)功率合計(jì)達(dá)到2800kW.在利用TD3400對這80臺(tái)功率從15100kW的電動(dòng)機(jī)全部進(jìn)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(dá)了56.2%.且每臺(tái)機(jī)運(yùn)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(tái)機(jī)或者某套模具不適合使用的信息。

　　以該廠的1臺(tái)寶源450PC注塑機(jī)為例，當(dāng)使用的原料材質(zhì)為PC+ABS，加工手提電鋸的外殼時(shí)，在工頻工作和變頻改造后的其生產(chǎn)過程中各個(gè)動(dòng)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(jī)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(jī)工頻運(yùn)行變頻運(yùn)行注塑機(jī)變頻節(jié)能改造中常見的問題與解決措施在對注塑機(jī)進(jìn)行變頻改造時(shí)，可能經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)周期在變頻工作時(shí)會(huì)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(huì)相應(yīng)地增加。這主要是由于在不同工序段切換時(shí)，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(dòng)機(jī)經(jīng)常處于加減速過程中。盡管變頻器的加減速時(shí)間可調(diào)得很短，但相比工頻運(yùn)行時(shí)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(shí)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(gè)問題，一方面，要求選用的變頻器有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，以盡量縮短響應(yīng)時(shí)間；另一方面，可以根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整注塑機(jī)的部分工藝參數(shù)，如加大壓力設(shè)定值等。

　　當(dāng)然，我們也可以對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)來解決問題。例如工頻時(shí)注塑機(jī)在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間就可以彌補(bǔ)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(hào)控制，也能夠較好地解決這個(gè)問題。

　　2.有時(shí)出現(xiàn)壓力不夠個(gè)別情況下，由于機(jī)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(gè)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(shí)表現(xiàn)出有時(shí)壓夠而有時(shí)不夠的現(xiàn)象。工頻生產(chǎn)時(shí)由于流量恒定，因此問題沒有被暴露出來。采用變頻控制時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出壓力不夠。

　　為了解決這一問題，一個(gè)辦法是通過調(diào)整注塑機(jī)的工藝參數(shù)，將變頻工作時(shí)注塑機(jī)的壓力和流量設(shè)定得比工頻時(shí)高一些另一個(gè)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(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾由于變頻器在工作時(shí)輸入和輸出電流中都會(huì)有一定量高次諧波成分，這就會(huì)對注塑機(jī)的控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時(shí)可能影響到注塑機(jī)的正常動(dòng)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(hào)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(hào)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(yuǎn)。

　　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(jī)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(jī)液壓系統(tǒng)與整機(jī)運(yùn)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(dá)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(dāng)于起到了增容的作用。

　　使用變頻器可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)平滑無沖擊。

　　這樣一方面可以減小起動(dòng)時(shí)對電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，既保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，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(jī)容量。另一方面，由于減輕了開、鎖模的沖擊，從而延長了機(jī)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(huì)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(yùn)行時(shí)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(jī)維修的次數(shù)和維修時(shí)間，節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)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(hù)，能夠在線監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并報(bào)警。這樣一來可以保護(hù)變頻器本身，二來能保護(hù)電動(dòng)機(jī)，其三，還能避免注塑機(jī)機(jī)械部件因錯(cuò)誤操作而損壞，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。

　　因?yàn)楸Ａ袅俗⑺軝C(jī)原有控制方式及油路不變，可實(shí)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(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩將變?yōu)樨?fù)值，如b所示。拖動(dòng)系統(tǒng)將處于減速狀態(tài)，如c所示。

　　減速時(shí)的速度大小應(yīng)符合能量守恒原理。如果忽略傳動(dòng)系統(tǒng)的損失不計(jì)，則電動(dòng)機(jī)的輸出功率也必保持不變因此，拖動(dòng)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。

　?。ㄈ缢芰媳∧ぃ┰诰砝@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(dāng)減小，如所不。

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