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(diào)速裝置在注塑機行業(yè)的傳統(tǒng)改造方案與經(jīng)濟型改造方案，講解了傳動之星注塑專用變頻節(jié)能調(diào)速裝置在應(yīng)用中的主要特點。 關(guān)鍵詞：變頻 節(jié)能 注塑機 一、概述 隨著注塑機設(shè)備的廣泛應(yīng)用，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，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設(shè)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(chǎn)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(chǎn)出率最大的。若用變頻節(jié)能調(diào)速裝置來調(diào)節(jié)電機 （油泵）的轉(zhuǎn)速，實時滿足壓力和流量的需求，這樣既經(jīng)濟又實用，因此采用變頻節(jié)能調(diào)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(chǎn)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(guān)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(dāng)注塑機的油量需求發(fā)生變化時，由設(shè)在油泵出口的溢流閥來調(diào)節(jié)負(fù)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(diào)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(jīng)過整流、濾波為直流電能，又通過逆變環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速下工作。另外，根據(jù)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(zhuǎn)子的軸向?qū)挾? 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(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速N也就改變輸出流量Q，即油泵油流量與油泵電機的轉(zhuǎn)速成正比，而改變油泵電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)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(diào)速裝置的輸出頻率來實現(xiàn)，油泵電機的耗電與其轉(zhuǎn)速近似成三次方關(guān)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(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量用28.16KW，省電48.8%；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時，其耗電量僅用6.875KW，省電87.5%,從而使油泵負(fù)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(diào)節(jié)，通過調(diào)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(jì)來，采用變頻調(diào)速的方式對注塑機進行節(jié)能改造的技術(shù)已得到了較大的應(yīng)用。傳統(tǒng)的變頻調(diào)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(zhuǎn)換成變頻節(jié)能調(diào)速裝置接受的‘0-10V’或‘4-24mA’的信號給變頻節(jié)能調(diào)速裝置控制，以達到根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)油壓的目的。當(dāng)注塑機某一個動作處于壓力大而流量小（流量大而壓力小）時，就會造成參數(shù)點過低，電機轉(zhuǎn)速偏低，壓力不足，做出的產(chǎn)品達不到生產(chǎn)要求，影響生產(chǎn)。當(dāng)需要調(diào)整某一個工作狀態(tài)時，要整機轉(zhuǎn)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(fù)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(yīng)不足，延長了注塑機的工作周期，造成產(chǎn)量的下降。 2、產(chǎn)品質(zhì)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(shù)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(jīng)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(chǎn)的雙贏，我公司工程技術(shù)人員經(jīng)過深入的研究分析，認(rèn)為造成其根源主要在于控制部位。如果改造不當(dāng)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(diào)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(dāng)出現(xiàn)某一個動作工作壓力不足時，可以單獨調(diào)整而不影響其它工況。使電機在整個變化的負(fù)荷范圍內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)量又節(jié)約電能，真正做到經(jīng)濟實用。還采用了變頻專用調(diào)速器、電流變送器和注塑機電腦控制等技術(shù)手段。 方案原理圖如圖三所示： 根據(jù)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(diào)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(zhuǎn)變?yōu)?～10VDC的模擬電壓信號來控制變頻節(jié)能調(diào)速裝置的輸出頻率，從而改變油泵電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)樽兞勘茫?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(diào)速方式變?yōu)殡妱訖C變頻節(jié)能調(diào)速裝置調(diào)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(diào)節(jié)方便，控制精確。真正實現(xiàn)了將最先進的變頻調(diào)速技術(shù)完美的應(yīng)用于塑膠工業(yè)生產(chǎn)。 長遠(yuǎn)來看，傳動之星注塑機專用變頻節(jié)能調(diào)速裝置從根本上簡化了注塑機液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了注塑企業(yè)本身的生產(chǎn)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(diào)速裝置的功能與特點 1、SD系列變頻節(jié)能調(diào)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(diào)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(chǎn)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(diào)速裝置、旁路、柜體等一體化設(shè)計，方便了用戶的使用需求。在系統(tǒng)設(shè)計上考慮了變頻節(jié)能調(diào)速裝置系統(tǒng)的干擾、散熱等因素。是提供給經(jīng)銷商的一個用戶端解決方案。也可以根據(jù)客戶要求定制，避免經(jīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計。具有自動復(fù)位、掉電復(fù)位功能。 2、傳動之星SD系列參數(shù)設(shè)置參考： 必須要設(shè)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(dāng)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(yīng)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(yīng)的頻率，通常是被控電機的最低運行頻率 FO-155=10 :對應(yīng)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(yīng)的頻率，一般略高于50.00Hz。 F0-157=1 :對應(yīng)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(yīng)的頻率 F0-159=10 :對應(yīng)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(yīng)的頻率 備注：FO-153～～160（請按實際工況調(diào)整,以上只能供參考） 3、采用傳動之星SD系列變頻改造的應(yīng)用效果： 1、大幅度降低能耗： SD系列變頻節(jié)能調(diào)速裝置將傳統(tǒng)的定量泵改變?yōu)樽兞勘茫捎昧髁颗c壓力雙信號輸入的變頻調(diào)速方法，取代以前的比例閥調(diào)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(chǎn)工藝 延長設(shè)備使用壽命： SD系列變頻節(jié)能調(diào)速裝置采用外部擴展同步控制，任意速度段隨意可調(diào)，能方便地滿足注塑工藝要求，使之達到最佳值，使生產(chǎn)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(shè)備維護費用。 3、控制操作方便： SD系列變頻節(jié)能調(diào)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(jù)注塑機機工藝要求自動控制油泵馬達，運行安全可靠，生產(chǎn)中不需對傳動之星變頻節(jié)能調(diào)速裝置進行調(diào)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(diào)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(wǎng)質(zhì)量，避免了設(shè)備本身的沖擊，延長了設(shè)備和模具的使用壽命。 6、高可靠性： SD系列變頻節(jié)能調(diào)速裝置可實現(xiàn)工頻/變頻轉(zhuǎn)換，即使在變頻出現(xiàn)故障的情況下，可轉(zhuǎn)換至工頻，（也可以根據(jù)客戶要求，把變頻節(jié)能調(diào)速裝置設(shè)置為報故障后自動跳到工頻。）不會影響生產(chǎn)進度。提升力矩大，動態(tài)響應(yīng)較快，適宜注塑機的突變升速的需要。 五．注塑機改造應(yīng)注意的事項 1、注塑機變頻改造過程中應(yīng)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(diào)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?qū)ψ冾l節(jié)能調(diào)速裝置響應(yīng)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(yīng)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(diào)速裝置具備此功能）； （2）考慮使用環(huán)境條件、電網(wǎng)電壓、負(fù)載大小； （3）變頻節(jié)能調(diào)速裝置的動力線與控制線應(yīng)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(diào)速裝置的抗干擾能力（加磁環(huán)，電抗器，濾波器等）。 六．結(jié)語 傳動之星SD系列一體化變頻節(jié)能調(diào)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(yīng)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(diào)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(diào)速裝置在注塑機上的應(yīng)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(shù)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