摘要：本文對注塑機基本工藝過程做了簡要介紹，對變頻改造的節(jié)能原理及效果做了簡要分析，論述了變頻節(jié)能調速裝置在注塑機行業(yè)的傳統(tǒng)改造方案與經濟型改造方案，講解了傳動之星注塑專用變頻節(jié)能調速裝置在應用中的主要特點。 關鍵詞：變頻 節(jié)能 注塑機 一、概述 隨著注塑機設備的廣泛應用，對于塑料制品行業(yè)來說，電耗是其生產成本的主要部分，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設備之一，因此降低注塑機的能耗成為注塑行業(yè)降低成本、提高產品競爭力的有效途徑。而電能的節(jié)約在各項節(jié)能措施中是效益產出率最大的。若用變頻節(jié)能調速裝置來調節(jié)電機 （油泵）的轉速，實時滿足壓力和流量的需求，這樣既經濟又實用，因此采用變頻節(jié)能調速裝置對注塑機的節(jié)能改造已成為注塑行業(yè)降低注塑機的能耗成本、提高產品競爭力的最有效的途徑。 二、變頻節(jié)能原理 注塑機的電能消耗主要表現(xiàn)在以下幾個部分：①液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗 ，②加熱器的電能消耗③循環(huán)冷卻水泵的電能消耗 其中液壓油泵的用電量占整個注塑機用電量的80%以上，所以降低其耗電量是注塑機節(jié)能的關鍵。注塑機在合模、鎖模、射膠、冷卻等階段所需壓力和流量都是變化的，當注塑機的油量需求發(fā)生變化時，由設在油泵出口的溢流閥來調節(jié)負載壓力和流量，而電機的輸出功率不變，因而造成能量浪費。 變頻調速裝置由整流電路、濾波電路、逆變電路和控制電路組成，其功能是通過整流環(huán)節(jié)將交流電能經過整流、濾波為直流電能，又通過逆變環(huán)節(jié)轉變成不同頻率的交流電能輸出給電機。于是可讓注塑機油泵電機在不同的轉速下工作。另外，根據油泵的理論，油泵的輸出流量Q的計算公式為： Q=2[π（R[sup]2[/sup]-r[sup]2[/sup]）-（R-r）S×Z/COSθ]B×N10[sup]-6[/sup] 式中：R-葉片的半徑 r-定子的短半徑 S-葉片的厚度 B-轉子的軸向寬度 Z-葉片數(shù)目 θ-葉片相對半徑方向的傾角 由上式公式中可得出改變油泵電機轉子的轉速N也就改變輸出流量Q，即油泵油流量與油泵電機的轉速成正比，而改變油泵電機轉子的轉速N是通過注塑機電腦的同步信號自動控制變頻節(jié)能調速裝置的輸出頻率來實現(xiàn)，油泵電機的耗電與其轉速近似成三次方關系，即油泵電機的耗電功率P=P｀（N｀/N）[sup]3[/sup]， 若注塑機油泵電機額定功率為55KW，則當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量用28.16KW，省電48.8%；當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量僅用6.875KW，省電87.5%,從而使油泵負載具有明顯的節(jié)電效果（其中：P｀=55KW，N｀/N=4/5和N｀/N=1/2）。 二、注塑機工作原理 塑料注射成型是利用三種狀態(tài)（固態(tài)-液態(tài)-固態(tài)），借助于注塑機和模具成型出所需要的塑料制品。盡管所有的注塑機不盡相同，但注塑機的工作流程基本是相同。如圖一所示，大致可分為七道工序：鎖模、射膠、保壓、溶塑、冷卻、開模、頂針（頂針進、頂針退、射座退）等，依次每一道工序都需要用不同的工作壓力和流量，除了高壓鎖模、射膠及溶塑動作需要較大壓力外，其它工序都工作在很小壓力下，其壓力和流量是靠壓力比例閥和流量比例閥來調節(jié)，通過調節(jié)壓力比例閥和流量比例閥的開啟度來控制壓力和流量大小。 三、注塑機變頻節(jié)能改造方案 1．傳統(tǒng)注塑機變頻節(jié)能改造方案 1．1方案原理圖如圖二所示： 進入二十一世紀來，采用變頻調速的方式對注塑機進行節(jié)能改造的技術已得到了較大的應用。傳統(tǒng)的變頻調速控制主要采用將注塑機主控制器的流量閥信號或者壓力閥信號轉換成變頻節(jié)能調速裝置接受的‘0-10V’或‘4-24mA’的信號給變頻節(jié)能調速裝置控制，以達到根據工藝需要調節(jié)油壓的目的。當注塑機某一個動作處于壓力大而流量?。髁看蠖鴫毫π。r，就會造成參數(shù)點過低，電機轉速偏低，壓力不足，做出的產品達不到生產要求，影響生產。當需要調整某一個工作狀態(tài)時，要整機轉速提高，如此一來節(jié)能效果又大大降低。雖然取得一定的節(jié)能效果，但也存在多種負面的影響，且采用傳統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案已難以解決現(xiàn)實中存在的問題。 1．2傳統(tǒng)注塑機變頻節(jié)能改造方案存在的缺點： 1、動態(tài)響應不足，延長了注塑機的工作周期，造成產量的下降。 2、產品質量不夠穩(wěn)定，廢料增加。 3、工作過程不夠流暢，有延緩現(xiàn)象。 4、對注塑機電腦、電加熱電路存在電磁干擾現(xiàn)象。 5、技術適用性差，對有些型號注塑機改造后的節(jié)電率甚小。 6、節(jié)電潛力挖掘不夠，還存在多余的電能消耗。 2、最經濟最實用的注塑機變頻改造方案 2.1方案概述 綜合上述三講的各種缺陷，為了解決客戶疑惑,做到既節(jié)省巨額電費又不影響生產的雙贏，我公司工程技術人員經過深入的研究分析，認為造成其根源主要在于控制部位。如果改造不當就會出現(xiàn)如文章中第三章節(jié)所說的缺點一樣。鐘對以上情況，傳動之星SD系列注塑機專用型變頻節(jié)能調速裝置，采用多端信號輸入控制，比例壓力、流量信號作為主輸入信號，另外幾路動作單向作為輔助輸入信號，當出現(xiàn)某一個動作工作壓力不足時，可以單獨調整而不影響其它工況。使電機在整個變化的負荷范圍內的能量消耗達到所需的最小范圍，并確保電機平穩(wěn)、精確地運行、即保證產品質量又節(jié)約電能，真正做到經濟實用。還采用了變頻專用調速器、電流變送器和注塑機電腦控制等技術手段。 方案原理圖如圖三所示： 根據注塑機在各個工作階段中所需的油壓大小和流量速度不同及變頻節(jié)能調速裝置的節(jié)能特點，從注塑機的壓力電磁比例閥或流量電磁比例閥取出0～1ADC的模擬電流信號，送電流變送器處理后轉變?yōu)?～10VDC的模擬電壓信號來控制變頻節(jié)能調速裝置的輸出頻率，從而改變油泵電機的轉速，來改變油泵輸出流量Q，滿足注塑機在各個工作階段中所需的油壓大小和流量速度，將傳統(tǒng)的定量泵轉變?yōu)樽兞勘?，?jié)能效率高達20%～60%。 2.2方案的優(yōu)越性 這樣，就將螺桿的控制方式從傳統(tǒng)的比例閥節(jié)流調速方式變?yōu)殡妱訖C變頻節(jié)能調速裝置調速方式，從而大大改善了整機性能。改造后的注塑機保留原有操作過程不變，不需要更改原電路，調節(jié)方便，控制精確。真正實現(xiàn)了將最先進的變頻調速技術完美的應用于塑膠工業(yè)生產。 長遠來看，傳動之星注塑機專用變頻節(jié)能調速裝置從根本上簡化了注塑機液壓系統(tǒng)的結構，降低了注塑企業(yè)本身的生產成本，與目前采用的變量泵等傳統(tǒng)改造節(jié)能措施相比，無疑是一種革命性的進步，必將成為注塑企業(yè)未來發(fā)展的趨勢。 四、傳動之星SD系列變頻節(jié)能調速裝置的功能與特點 1、SD系列變頻節(jié)能調速裝置簡述 我公司提供的SD系列高性能一體化變頻節(jié)能調速裝置專為注塑機用戶節(jié)能改造提供的整套解決方案。新一代的產品性能更優(yōu)越，功能更強大，外觀更精巧。SD系列一體化節(jié)能裝置廣泛適用于注塑機節(jié)能改造、恒壓供水等，它集變頻節(jié)能調速裝置、旁路、柜體等一體化設計，方便了用戶的使用需求。在系統(tǒng)設計上考慮了變頻節(jié)能調速裝置系統(tǒng)的干擾、散熱等因素。是提供給經銷商的一個用戶端解決方案。也可以根據客戶要求定制，避免經銷商二次集成過程中的工藝和安裝差異造成的不良因素。 傳動之星SD系列一體化變頻裝置線路基本配線圖如圖四所示： 本系列結構緊湊，外形美觀；具有鍵盤鎖定功能，防止誤操作；具有工頻、變頻運行又回路設計。具有自動復位、掉電復位功能。 2、傳動之星SD系列參數(shù)設置參考： 必須要設置的參數(shù)如下 FO-OOO=01 ：選擇變頻裝置控制方式 FO-OO1=10 ：選擇注塑機專用參數(shù) F0-007=1.5-2.5 :選擇變頻裝置加速時間 FO-008=1.5-3.0 :選擇變頻裝置減速時間 F0-123=0 :當有故障發(fā)生時,輸出有效信號 F0-151=0 :選擇雙輸入控制,將流量信號接到INA, 將壓力信號接到INB F0-153=1 : 對應比例流量的最小控制信號為1V F0-154=5 :與比例流量最小控制信號對應的頻率，通常是被控電機的最低運行頻率 FO-155=10 :對應比例流量的最大控制信號為10V FO-156=55 :與比例流量最大控制信號對應的頻率，一般略高于50.00Hz。 F0-157=1 :對應比例壓力的最小控制信號1V FO-158=10 :與比例壓力最小控制信號對應的頻率 F0-159=10 :對應比例壓力的最大控制信號10V F0-160=55 :與比例壓力最大控制信號對應的頻率 備注：FO-153～～160（請按實際工況調整,以上只能供參考） 3、采用傳動之星SD系列變頻改造的應用效果： 1、大幅度降低能耗： SD系列變頻節(jié)能調速裝置將傳統(tǒng)的定量泵改變?yōu)樽兞勘?，采用流量與壓力雙信號輸入的變頻調速方法，取代以前的比例閥調速方法，大幅度降低能耗。 在滿足工藝要求的前提下，實現(xiàn)了油泵馬達節(jié)能20%-60%的顯著效果。 2、提高生產工藝 延長設備使用壽命： SD系列變頻節(jié)能調速裝置采用外部擴展同步控制，任意速度段隨意可調，能方便地滿足注塑工藝要求，使之達到最佳值，使生產工藝比以前有所提高。且能降低系統(tǒng)油溫，延長了密封元件壽命，減少了設備維護費用。 3、控制操作方便： SD系列變頻節(jié)能調速裝置采用先進的電腦控制手段，利用注塑機電腦的同步信號，根據注塑機機工藝要求自動控制油泵馬達，運行安全可靠，生產中不需對傳動之星變頻節(jié)能調速裝置進行調節(jié)，控制操作方便、簡單。 4、無節(jié)流能量損失，溢流能量損失大大減小，使系統(tǒng)噪音降低3-5分貝，油管發(fā)熱減小，油溫降低。 5、實現(xiàn)完全意義上的軟啟動： SD系列變頻節(jié)能調速裝置啟動電流小大大減輕注塑機開機、合模、開模時的震動，能大幅度降低對供電變壓器容量的要求，并提高了電網質量，避免了設備本身的沖擊，延長了設備和模具的使用壽命。 6、高可靠性： SD系列變頻節(jié)能調速裝置可實現(xiàn)工頻/變頻轉換，即使在變頻出現(xiàn)故障的情況下，可轉換至工頻，（也可以根據客戶要求，把變頻節(jié)能調速裝置設置為報故障后自動跳到工頻。）不會影響生產進度。提升力矩大，動態(tài)響應較快，適宜注塑機的突變升速的需要。 五．注塑機改造應注意的事項 1、注塑機變頻改造過程中應注意的問題： （1）必需采用定量泵的注塑機才可進行變頻節(jié)能改造； （2）變量泵不用進行變頻節(jié)能改造。因為變量泵本身已帶有一定的節(jié)能效果，增加變頻節(jié)能調速裝置不能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。 （3）一般情況下，繼電器控制的注塑機也因對變頻節(jié)能調速裝置響應速度的特別要求，需慎重進行變頻節(jié)能改造。 2、安裝變頻節(jié)能裝置應注意的問題： （1）一般采用帶工頻-變頻雙回路的形式（傳動之星變頻節(jié)能調速裝置具備此功能）； （2）考慮使用環(huán)境條件、電網電壓、負載大?。? （3）變頻節(jié)能調速裝置的動力線與控制線應盡可能分開走線，控制線盡量使用屏蔽線； （4）加強變頻節(jié)能調速裝置的抗干擾能力（加磁環(huán)，電抗器，濾波器等）。 六．結語 傳動之星SD系列一體化變頻節(jié)能調速裝置的高性能和完善的功能，使其在各個行業(yè)得到了廣泛的應用，隨著注塑機變頻節(jié)能改造工作的不斷開展，會有更多的用戶了解到注塑機使用變頻節(jié)能調速裝置的優(yōu)越性，也會使越來越多的企業(yè)和單位加入到變頻節(jié)能行業(yè)。因此推廣交流變頻調速裝置在注塑機上的應用，對于減少能源浪費具有重要意義。 參考文獻： 深圳市傳動之星技術手冊 （www.stardrive.com.cn） 作者簡介： 劉佳暢 男 工程師 現(xiàn)任職于深圳市傳動之星電氣有限公司工程部 地 址：深圳市南山區(qū)馬家龍工業(yè)區(qū)77棟 （518052） 電 話：0755-26586111 13510640734 E-MAIL：lttl2008@126.com