注塑機的變頻調(diào)速節(jié)能應用

1、注塑機的變頻調(diào)速節(jié)能應用一、注塑機工作原理 從50年代推出了螺桿式塑料注射成形機至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料加工業(yè)中，80%采用注射成型。塑料顆粒（ABS，聚乙烯，改型聚苯乙烯等）在注塑機料筒內(nèi)進行多段加熱器加熱融蝕后，經(jīng)螺桿攪拌增壓后注射入模具腔內(nèi)，保壓冷卻成形，完成一個工件的加工過程。對于塑料加工，注塑機完整的工藝流程為，合模鎖模注射保壓冷卻脫模開模。其中保壓和冷卻，脫模和開模是同時進行的，即保壓過程中，模具在通水冷卻；在開模的過程中，模具內(nèi)的脫模頂針由隱蔽處逐漸后伸出，使附注在模具上的工件脫落,開模到位后一個加工過程結(jié)束。不論大，中，小型注塑機，其工藝流程都是相同的。目前絕大多

2、數(shù)的注塑機都是液壓傳動的注塑機，以上的工藝動作過程所需要的動力，均由液壓系統(tǒng)中的油泵提供，油泵又有變量泵和定量泵之分。在注塑機工作時,一個工作周期中各個工序的負荷變化很大，液壓系統(tǒng)所要求的流量和壓力是不同的，生產(chǎn)油泵時已經(jīng)考慮了這種變化，當液壓系統(tǒng)需要的流量和壓力變化時，油泵的供油量自動地增大或減小來與以適應，這種油泵就是變量泵，不需要再用變頻器進行調(diào)速控制。廣泛使用的另一種油泵是定量泵，它的供油量是恒定的，注塑機工作過程中流量和壓力的變化是靠流量比例閥和壓力閥來調(diào)節(jié)的，多余的油量經(jīng)溢流閥流回油箱。這樣，加劇了閥門和油泵的磨損，造成油溫升高，電機噪聲過大。另外，從注塑機的設計看，通常在設計時油

3、泵都要留有余量，一般考慮10%15%，但油泵的系列是有限的，往往選不到合適的油泵型號時就往上靠，存在嚴重的“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。因此，對定量泵的注塑機進行變頻調(diào)速改造，節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效率具有重要的意義。 二、注塑機節(jié)能分析 根據(jù)注塑機的工藝過程，畫出系統(tǒng)油壓P 與時間t的關系圖如圖一 由圖可見，合模和脫模，開模系統(tǒng)所需油壓較低，且時間較短；而注射，保壓，冷卻系統(tǒng)所需油壓較高，且時間較長，一般為一個工作周期的40%60%，時間的長短與加工工件有關；間歇期更短，這也與加工工件的情況有關，有時可以不要間歇期。以上的圖只是一種簡單的近似表示，實際上，如果注射的螺桿用油馬達驅(qū)動，注

4、射時的系統(tǒng)油壓會高一些。注塑機加工工件的重量，從數(shù)十克到數(shù)萬克不等，最大注塑機已到92000克。因此，注塑機就有中，小型和大型之分，加工數(shù)十克的小工件和加工數(shù)千克的大工件一個周期的時間也是不相同的；就是對同一臺注塑機，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的壓力和時間也是變化的。這些工藝參數(shù)的設定，是由現(xiàn)場技術(shù)員根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和試驗的情況制定的。 從圖一可見，一個周期工作流程中，負載的變化導致系統(tǒng)壓力變化比較大，但油泵仍在50Hz運行，其供油量是恒定不變的，多余的液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱，做無用功，白白地浪費了電能。對油泵進行變頻調(diào)速，將定量泵改變?yōu)轭愃谱兞勘玫奶匦浴Ｏ到y(tǒng)所需壓力較高時，油泵電機5

5、0Hz運行，所需壓力較小時，變頻器降頻運行。電機輸出的軸功率與油泵的出口壓力和流量的乘積正比，油泵電機轉(zhuǎn)速降低后，輸出軸功率降低，就可以達到有效節(jié)能，一般節(jié)電率在20%50%。 三、注塑機變頻節(jié)能調(diào)速改造方案 使用液壓系統(tǒng)的注塑機，有立式和臥式之分。數(shù)十克的立式注塑機，油泵采用一個齒輪泵，電機的容量也較小，電器控制電路也較簡單。改造時，將變頻器接入電機的供電回路，再將流量比例閥的信號(01A)，經(jīng)變換為420mA或010V信號送到變頻器的相應端口上，這樣，隨著加工過程的變化，液壓油的流量也在變化。一般來說，取相對值變化較大的流量信號做控制信號較好，控制信號變化對變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍大一些；而壓

6、力信號相對值變化較小，對變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍小一些。如果變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍不能滿足工藝要求，可用變頻器的功能“頻率增益”來調(diào)整。如果使用康沃ZC或ZS系列注塑機專用變頻器，頻率增益的調(diào)節(jié)范圍50%200%。注塑機專用變頻器就是在通用變頻器的基礎增加了01A信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，使用起來更方便些。 60克以上的都是臥式注塑機，60克500 克的注塑機，有的是一個油泵，也有的是二個油泵。一個油泵注塑機的改造和立式注塑機的改造是相同的。仍然是從流量比例閥取出01A的信號作為變頻器的速度調(diào)節(jié)信號，雖然速度調(diào)節(jié)信號是由液壓回路元件反饋到變頻器，但調(diào)節(jié)回路中沒有給定信號，因此控制還是屬于開環(huán)控制方式。也是因為節(jié)

7、能的原因， 大中型注塑機的油泵可能不止一個， 如三菱850-MM,1300-MM,1800-MM,2000-MM注塑機均有三個油泵。對應注塑工藝流程，在合模階段，所需的系統(tǒng)壓力較低，這時只有1#油泵工作，到鎖模階段所需的系統(tǒng)壓力較高時，2#油泵再投入工作，在注射階段所需的壓力最高，三臺油泵同時投入工作，脫模開模所需的壓力較低，再分別停止3#，2#油泵工作。只要開機，1#油泵就一直運行。用三臺小油泵按不同的工藝階段間斷工作，比用一臺大泵一直在運行要節(jié)能。具有二個以上油泵的注塑機如何改造？這里以三菱1800-MM注塑機的改造為例加以說明。三菱1800-MM注塑機有三個45kW 油泵電機，用一臺變頻

8、器驅(qū)動1#油泵電機，變頻器的調(diào)節(jié)信號取自注塑機流量比例閥，這樣，此變頻器的頻率就隨注塑機液壓油的流量的改變而變化。另外二個油泵電機，可以分別用二臺變頻器驅(qū)動。不過這二臺變頻器對電機不進行調(diào)速，只作兩位式的控制，即起動和停止?？刂谱冾l器的起動和停止信號，取自于原來該油泵電機的起動和停止信號。變頻器的上限頻率設定在50Hz 以下，具體設定值與加工的工件尺寸，材料，料筒的溫度等因素有關。如果變頻器運行頻率低于50Hz，就可以節(jié)能。實際上，注塑機設計時都留有余量，加工工件尺寸，材料的變化所需的油壓也要隨之變化。如果注射的壓力過大而鎖模力不足，會使工件出現(xiàn)飛邊；若注射力不足，模具腔內(nèi)塑料會注不滿，工件報

9、廢；保壓力不足時，工件中塑料比較厚的地方會出現(xiàn)收縮。本例二臺變頻器的運行頻率為37Hz，注塑機的節(jié)能率達23%。 四、注意事項 1.變頻器的選型 注塑機的油泵普遍使用的是葉片泵和柱塞泵，機械特性為恒轉(zhuǎn)矩，選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性的變頻器，V/F控制或矢量控制變頻器均可，也可選用注塑機專用型?？紤]到注塑工藝各階段的時間有一定要求，變頻器的加速和減速時間要短，一般為1 秒，變頻器的容量就要適當加大。根據(jù)經(jīng)驗，矢量控制變頻器選大一檔，V/F控制的變頻器選得更大一些。為防止過載燒電機，調(diào)試變頻器時，注意設定好電子熱繼電器功能。 注意：如果您用的是ZC 或ZS 注塑機專用型變頻器，變頻器在設計的時候就已經(jīng)預留

10、了余量和足夠的過載能力，您只需選擇相同功率的變頻器就可以了。 2.備用系統(tǒng) 注塑機進行變頻節(jié)能改造時，保留原有的工頻起動回路作備用，這樣一旦變頻器有故障，還能用工頻起動油泵電機繼續(xù)運行。 3.變頻器對注塑機數(shù)字儀表的干擾 現(xiàn)在注塑機上廣泛使用是交-直-交變頻器，其輸出電流中含有諧波成分，可能會對注塑機產(chǎn)生干擾，最易受干擾的是溫度控制儀表，因此，在安裝變頻器時需要注意的是： （1）變頻器需加裝輸入和輸出電抗器 （2）也為了避免相互造成干擾，引入變頻的控制線要作屏蔽處理。信號最好采用420mA電流信號。 （3）變頻器機殼要可靠接地。 （4）變頻器安裝在注塑機內(nèi)部時，特別要關注通風散熱。 4.電機轉(zhuǎn)

11、速降低后的溫升 電機用變頻器驅(qū)動后，溫升會增加10%，電機速度又降低后，自帶的風機轉(zhuǎn)速變慢，散熱效率減低，溫升還會增加；但是，考慮到油泵是間歇工作的，溫升也不會增加多少。在我們做過的注塑機改造中，有的在電機上加了恒速風機，有的也沒加，加與不加恒速風機，根據(jù)電機工作時的溫度來決定。 五、結(jié)束語 對注塑機進行變頻調(diào)速，主要的目的在于節(jié)能。從小型，中型到大型注塑機都可以加裝變頻器進行節(jié)能改造。改造之初，涉及到節(jié)能效率的估算。注塑機節(jié)能主要與注塑工藝過程相關，做出一個準確的計算的困難的，一般來說，經(jīng)過改造，一個油泵電機的注塑機節(jié)能在30%50%之間，多個油泵電機的注塑機節(jié)能在15%30%之間。另外，油

12、泵速度的降低減少了機械的磨損，間接的經(jīng)濟效益也不可小視。 注塑機節(jié)能常見疑難解答 1、 為什么注塑機變頻器節(jié)電率能達30%60%以上，它是怎樣實現(xiàn)節(jié)電的？ 答：因注塑機是一種典型的周期性變動負荷設備，一個完整的生產(chǎn)周期包括鎖模、射膠、熔膠、冷卻、開模等階段，對于其液壓系統(tǒng)來說，每個階段對壓力、流量的匹配各不一樣，而油泵電機的功率是根據(jù)其運行過程中最大負荷配備，但是，注塑機一個生產(chǎn)周期中只有高壓鎖模與熔爐膠段電機負荷較大，其它工作階段電機負荷一般較小，特別冷卻過程其負荷幾乎為零。注塑機的整個工作過程中油泵電機的電能損耗嚴重，電能利用率只有30%70%，因此，其節(jié)電空間比較大。針對注塑機開發(fā)的高效

13、變頻器以注塑機的流量與壓力信號作為本身的控制信號，實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，從而達到電機的輸出功率與其負荷相匹配，與注塑機整個工藝完全吻合，在不影響生產(chǎn)效率的前提下實現(xiàn)高效節(jié)能，節(jié)電率可達30%60%以上。 2、 變頻器安裝是否對生產(chǎn)造成影響？怎樣確定節(jié)電效果？ 答：整個安裝過程只要幾十分鐘，而且變頻器安裝勿須改變注塑機原有電路，操作簡單，對原來的生產(chǎn)過程無任何影響；變頻器安裝調(diào)試完畢且注塑機運行正常后就可以開始節(jié)電效果測試，首先把變頻器切換為非節(jié)電運行狀態(tài)，記錄測試起止時間及測試開始、結(jié)束時電度表的讀數(shù)，算出非節(jié)電狀態(tài)下油泵電機每小時耗電量，然后切換為節(jié)電運行狀態(tài)，以同樣的方式記錄注塑機相同條件下的用電量，算出節(jié)電狀態(tài)下油泵電機每小時的耗電量，再根據(jù)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%求出節(jié)電率。因此，裝上變頻器后，可以馬上測試出節(jié)電率，確定節(jié)電效果，可以實實在在地知道每小時節(jié)約多少度電，降低了多少生產(chǎn)成本。 3、 節(jié)電過程中電機頻繁的啟動對電機是否有影響？ 答：無任何不良影響！CVF-ZC變頻器是注塑機專用的節(jié)電設備，其軟件中設計了電動機專用的“S”型