1變頻改造在注塑行業(yè)發(fā)展趨勢 對于塑料制品行業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，而注塑機(jī)是塑料制品廠的主要能耗設(shè)備之一。目前絕大多數(shù)的注塑機(jī)都屬于液壓傳動注塑機(jī)，液壓傳動系統(tǒng)中的動力由電動機(jī)帶動油泵提供。在注塑的生產(chǎn)周期過程中，注塑機(jī)在不同工序下需要的流量和壓力不同，必須依靠流量閥和壓力閥調(diào)節(jié)不同工序所須的流量和壓力。液壓系統(tǒng)的負(fù)荷變化很大，由于定量泵不可調(diào)節(jié)輸出功率，因此多余的能量只能在擋板、油路泄露、油的溫升中消耗掉。這樣既加劇了各種閥門的磨損，又造成油溫過高，電動機(jī)噪聲過大，以及機(jī)械壽命縮短等現(xiàn)象。并且通常在設(shè)計(jì)中，用戶油泵電動機(jī)設(shè)計(jì)的容量比實(shí)際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費(fèi)。因此推廣交流變頻調(diào)速裝置在注塑機(jī)上的應(yīng)用，對于減少能源浪費(fèi)、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。 2注塑機(jī)變頻改造的可行性分析 2．1注塑機(jī)的生產(chǎn)工藝過程 注塑機(jī)通常采用液壓傳動，其結(jié)構(gòu)包含注射裝置、開合模裝置、液壓傳動裝置和電氣控制裝置，后者的作用是保證注塑機(jī)預(yù)定工序的要求（壓力、速度、溫度、時(shí)間、位置）和動作程序準(zhǔn)確有效地工作。在傳統(tǒng)的注塑機(jī)中液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油泵電動機(jī)及其它液壓附件和管道組成，液壓傳動系統(tǒng)中的動力由電動機(jī)帶動油泵提供。其中，油泵絕大部分是定量油泵，電動機(jī)通常提供額定功率和轉(zhuǎn)速，油泵將電動機(jī)所輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，然后向液壓系統(tǒng)的液壓元件輸送具有一定壓力和流量的液壓油，滿足液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動負(fù)載所需能量的要求。注塑機(jī)成型工藝是一個(gè)按照預(yù)定的周期性動作過程，即以合模—射嘴前進(jìn)—射膠—保壓—熔膠一冷卻—開模一取出制品—將被注塑件放入模具中—合模后頂出等加工工序達(dá)到某件產(chǎn)品成型。如圖l所示。 2．2注塑機(jī)生產(chǎn)過程中的液壓損耗 注塑機(jī)生產(chǎn)過程中的液壓損耗主要由以下三部分組成： （1）溢流損耗 隨產(chǎn)品及加工工序不同，各工序所需液壓、流量、壓力不同。對于油泵電動機(jī)而言，注塑機(jī)在注塑過程的負(fù)載是處于變化狀忐。而油泵的流量是按照所需的最大流量來設(shè)計(jì)的．其原注塑油泵電動機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速提供的液壓流量，當(dāng)注塑機(jī)所需的流量小于最大流量時(shí)，多余的液壓將通過溢流閥回流，這一部分能量就損耗掉了。 （2）節(jié)流損耗 當(dāng)液壓油流經(jīng)閥的節(jié)流口時(shí)會有一定的壓降，這就是節(jié)流損耗。由于方向閥的節(jié)流面積比較大，所以大部分的節(jié)流損耗發(fā)生在比例閥上。同時(shí)由于液壓長期全速循環(huán)流動與液壓件機(jī)械劇烈磨擦，造成油溫過高、噪聲過大、機(jī)械壽命縮短等不良現(xiàn)象。 （3）設(shè)計(jì)余量損耗 通常在設(shè)計(jì)中，一般會考慮到共用性，設(shè)計(jì)時(shí)以最大容量為基礎(chǔ)，因此用戶油泵電動機(jī)設(shè)計(jì)的容量比實(shí)際需要高山很多．存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費(fèi)。 2.3注塑機(jī)變頻改造的可行性分析 注塑機(jī)的工序過程基本是相同的，大致可分為7個(gè)工序過程：合模、射膠、保壓、熔膠、冷卻、開模、頂出，每一個(gè)工序都需要不同的壓力和流量，也就是說被加工的工件不都是在最大壓力或流量下于作的．其壓力和流量是靠壓力比例閥和流量比例閥來調(diào)節(jié)的，通過調(diào)整壓力或流量比例閥的開啟度來控制壓力和流量大小。然而在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中，各工序中油泵的輸入功率并沒有多大變化，若用變頻器根據(jù)工作時(shí)所需的壓力或流量參數(shù)同步成正比的自動調(diào)整油泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對壓力和流量的調(diào)節(jié)，這樣把注塑機(jī)原來浪費(fèi)在比例閥上的能量全部節(jié)約下來，達(dá)到了既節(jié)電又實(shí)用的經(jīng)濟(jì)效果。其具體效果表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： （1）調(diào)速節(jié)能 根據(jù)注塑機(jī)的工藝要求，把總壓閥、低壓閥、一壓閥、二壓閥的開關(guān)信號經(jīng)注塑機(jī)電腦板轉(zhuǎn)換后加在變頻器的輸入端作為變頻器的頻率給定信號，使變頻器的輸出頻率隨比例閥的模擬信號成線形變化，在需要壓力和流量較小的工藝過程中使電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從而降低電動機(jī)的輸出功率，在冷卻和半成品置入過程中可以讓電動機(jī)停轉(zhuǎn)，使電動機(jī)在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的能量損耗達(dá)到最小程度。 （2）提高功率因數(shù)節(jié)能 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是因?yàn)楣β室驍?shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低。普通定量泵注塑機(jī)的功率因數(shù)值在0.6～0.8之間，而使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)濾波電容的補(bǔ)償作用，使得功率因數(shù)提高到0.96以上，從而減小了無功損耗，增大了電網(wǎng)的有功功率。 （3）軟起動節(jié)能 由于原電動機(jī)為直接起動或Y一△降壓起動，起動電流等于（4～7）倍的額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會增加電網(wǎng)容量要求，起動時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟起動功能將使起動電流從零開始，最大值被限制在變頻器設(shè)置的加速中電流限幅水平以內(nèi)，一般不超過l.7倍額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對電網(wǎng)容量的要求，延長了設(shè)備和模具的使用壽命。 3注塑機(jī)變頻改造的控制電路方案 3．1注塑機(jī)變頻改造的控制電路圖（如圖2） 注塑機(jī)變頻政造時(shí)采用變頻+工頻工作方式，控制電路如下圖所示。其變頻工作方式、工頻工作方式和停止工作的選擇是由多位開關(guān)WK控制來實(shí)現(xiàn)。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時(shí)可直接切換到工頻運(yùn)行，而不影響生產(chǎn)。 3．2變頻工作方式 （1）接通變頻工作電源。當(dāng)多位開關(guān)WK合向變頻工作電源時(shí)，接觸器KMI線圈得電動作，KMI輔助常閉觸頭斷開，工頻工作電路無法得電，從而實(shí)現(xiàn)變頻工作電路和工頻工作電路的相互聯(lián)鎖；同時(shí)接觸器KM4線圈得電動作，KM4主觸頭閉合，電動機(jī)接成△形連接。KMl主觸頭閉合，三相交流電通入變頻器。KMI輔助常開觸頭閉合，接觸器KM2線圈得電動作，KM2主觸頭閉合，變頻器與三相交流電動機(jī)電路接通，等待工作指令；同時(shí)變頻工作HL2指示燈亮。 （2）變頻器調(diào)速工作過程。按下變頻器起動開關(guān)SB，變頻器開始運(yùn)行，注塑機(jī)開始工作。注塑機(jī)電腦板把注塑機(jī)液壓傳動的壓力和流量信號，經(jīng)處理后變成4～20mA的電流模擬信號，送入到變頻器的4、5號端口。變頻器通過內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)功能，利用注塑機(jī)電腦板傳送來的4～20mA的電流模擬信號，來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)液壓傳動的壓力和流量信號控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動，把恒壓泵變成了變壓泵，滿足了注塑機(jī)液壓傳動的不同液壓和流量的要求。這樣就大大減少了合模、開模的震動，穩(wěn)定了生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量，減少了機(jī)械故障，延長了機(jī)械使用壽命，同時(shí)也節(jié)約了電能，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 （3）變頻器的保護(hù)和故障處理。變頻器自身具有過電流、過載、過壓、欠壓、短路等多種保護(hù)功能，它不僅能保護(hù)變頻器自身，而且能保護(hù)電動機(jī)，進(jìn)一步保護(hù)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)，防止不恰當(dāng)?shù)牟僮骺赡軒淼奈：?，所以不需要另設(shè)專門保護(hù)電路。如執(zhí)行動作所需要的壓力、速度超過注塑機(jī)系統(tǒng)的壓力、速度，變頻器即進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。又如低溫強(qiáng)行儲料，因注塑機(jī)過負(fù)載工作，變頻器就會出現(xiàn)過電流或過負(fù)載保護(hù)，切斷電動機(jī)電源，保護(hù)機(jī)器不受傷害。若是在工頻狀態(tài)下，注塑機(jī)可以借助強(qiáng)大的動力超負(fù)荷工作，可能造成扭斷料筒、螺桿或損壞液壓馬達(dá)等事故。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，B和C兩端的常閉開關(guān)斷開，接觸器KMI線圈失電復(fù)位，變頻器工作電源斷開，停止工作；A和c兩端的常開開關(guān)閉合，故障指示燈HLl亮。等待排除故障后，變頻器重新起動工作。 3.3工頻工作方式 當(dāng)多位開關(guān)WK合向工頻工作電源時(shí)，接觸器KM4線圈得電動作，KM4輔助常閉觸頭斷開，變頻工作電路無法得電，從而實(shí)現(xiàn)工頻工作電路和變頻工作電路的相互聯(lián)鎖：同時(shí)電動機(jī)采用Y一△降壓方法起動運(yùn)行，注塑機(jī)開始工作，工頻工作HL3指示燈亮。 4注塑機(jī)變頻改造接線方便的優(yōu)點(diǎn) 注塑機(jī)變頻改造接線時(shí)，保留注塑機(jī)原有的電腦控制系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)的油路及電動機(jī)的Y一△降壓起動運(yùn)行電路不變，采用變頻節(jié)能/工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換控制方式，避免了發(fā)生故障時(shí)影響正常生產(chǎn)：更換模具時(shí)只須改變注塑機(jī)電腦板的工作程序，無須對變頻器做任何調(diào)節(jié)。 5注塑機(jī)變頻改造的良好效益] 5．1降低了生產(chǎn)成本和節(jié)電效果明顯 注塑機(jī)采用變頻改造后，節(jié)電率高達(dá)25％～60％；功率因數(shù)由改造前的0．6～0．8提高到0．96以上，顯著提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低無功電流，從而降低線路損耗，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本和節(jié)電的目的。 5．2提高了注塑機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 注塑機(jī)采用變頻改造后，由于變頻器自身具有過電流、過載、過壓、欠壓、短路等多種保護(hù)功能，它不僅能保護(hù)變頻器自身，而且保護(hù)了電動機(jī)和注塑機(jī)液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)，防止不恰當(dāng)?shù)牟僮骺赡軒淼奈：?，并能發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警。5.3延長了設(shè)備和模具的使用壽命，提高了注塑機(jī)產(chǎn)品檔次和產(chǎn)品質(zhì)量. 利用變頻器的軟啟動功能將使起動電流從零開始，不僅減輕了起動電流對電網(wǎng)的沖擊和對電網(wǎng)容量的要求，而且減輕了開鎖模振動，延長了設(shè)備和模具的使用壽命，減輕噪聲，改善工作環(huán)境，延長了設(shè)備和模具的使用壽命。同時(shí)變頻器的平滑調(diào)速，大大地提高注塑機(jī)產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量。 注塑機(jī)采用了變頻節(jié)能技術(shù)，不僅收到了高節(jié)能、高可靠性和延長了設(shè)備和模具的使用壽命的顯著效果，而且大大地提高注塑機(jī)產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量。 6結(jié)束語 本文針對注塑機(jī)液壓傳動系統(tǒng)中存在電能損耗較大的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出了采用變頻器技術(shù)的改造的具體電路方案，通過實(shí)踐達(dá)到了提高注塑機(jī)的產(chǎn)品檔次和產(chǎn)品質(zhì)量，延長了設(shè)備和模具的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本和節(jié)約用電的目的。