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傳統(tǒng)液壓注塑機的變頻節(jié)能改造技術(shù)
注塑機是一種專用的塑料成型機械，它利用塑料的熱塑性，經(jīng)加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經(jīng)一段時間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品。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(在注塑車間內(nèi)，一般多臺注塑機共用一臺冷卻水泵)，其中液壓油泵電機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。
1、注塑機的工作循環(huán)
1)鎖合模：模扳快速接近定模扳(包括慢-快-慢速)，且確認(rèn)無異物存在下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓，將模板鎖合(保持油缸內(nèi)壓力)。
2)射臺前移到位：射臺前進到指定位置(噴嘴與模具緊貼)。
3)注塑：可設(shè)定螺桿以多段速度，壓力和行程，將料筒前端的溶料注入模腔。
4)冷卻和保壓：按設(shè)定多種壓力和時間段，保持料筒的壓力，同時模腔冷卻成型。
5)冷卻和預(yù)塑：模腔內(nèi)制品繼續(xù)冷卻，同時液力馬達驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)將塑料粒子前推，螺桿在設(shè)定的背壓控制下后退，當(dāng)螺桿后退到預(yù)定位置，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，注射油缸按設(shè)定松退，預(yù)料結(jié)束。
6)射臺后退：預(yù)塑結(jié)束后，射臺后退到指定位置。
7)開模：模扳后退到原位(包括慢-快-慢速)
8)頂出：頂針頂出制品。
2.傳統(tǒng)液壓驅(qū)動的注塑機的能量浪費
液壓驅(qū)動的注塑機在以上各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)在油泵出口的比例流量閥和比例壓力溢流閥來調(diào)節(jié)負(fù)載壓力和流量，提供各油缸和液力馬達所需的推力，壓力方向和移動速度。油泵的輸出功率等于電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電機的轉(zhuǎn)速的乘積，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時，油泵電機的輸出功率不變，多余的液壓油通過壓力比例閥和溢流閥流回油箱，即使空載(如冷卻)也是如此，這樣，節(jié)流功率損失非常大，效率很低，一般只有60%-70%，因而造成能量浪費，同時由于液壓油長期的全速循環(huán)流動，與液壓件，機械件的劇烈磨擦，造成油溫過高，噪音過大等系列問題，機器壽命亦縮短。
3.使用節(jié)能變頻器控制油泵電機
變頻器控制的油泵電機從根本上克服了傳統(tǒng)注塑機能量浪費的弊病，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時，電機的轉(zhuǎn)速也跟著發(fā)生變化，從而使定量油泵排出的油流量發(fā)生變化，即“需要多少供給多少，從而節(jié)約了大量的電能。根據(jù)注塑制品的不同，節(jié)電率達20%-70%。
4.變頻器控制信號的選取
對所改造的注塑機要充分了解其控制電路，液壓電路和工作原理，巧妙取得控制信號，實現(xiàn)現(xiàn)有注塑機和變頻器的結(jié)合。注塑機液壓油需求量的信號是連接壓力和流量比例閥的電流信號(0-1A)，經(jīng)積分處理后并轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號直接連接到變頻的輸入端，從而控制變頻器改變輸出頻率，隨即改變了油泵電機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)壓節(jié)電的雙重作用。針對注塑機液壓系統(tǒng)特有的大負(fù)荷超載，頻響要求高和低速轉(zhuǎn)矩大，電機加減速時間長的特點，在控制過程中應(yīng)用了PLC控制器，引入各電液換向閥的信號，由PLC根據(jù)這些信號鑒別注塑機的工藝流程，提前對變頻器給出加速和減速指令。
5.注塑機變頻器的選型
1)普通的VVVF調(diào)速方式，當(dāng)頻率與電壓的比率保持恒定，電機的磁通不變，由于沒有速度反饋，不能準(zhǔn)確控制電機的轉(zhuǎn)速(一般誤差在15%)，三相異步電機的轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速同定子旋轉(zhuǎn)磁場間存在轉(zhuǎn)差，當(dāng)外部負(fù)載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)差率也隨之發(fā)生變化，但變頻器并不能對此補償，導(dǎo)致油泵轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，造成了流量誤差，次品率高。注塑機在采用壓力閉環(huán)控制的系統(tǒng)中，會出現(xiàn)壓力瞬間失調(diào)的情況，無法控制制品的品質(zhì)。
2)無傳感器矢量控制變頻器，采用轉(zhuǎn)子磁場方向的控制方式，即對異步電機進行坐標(biāo)變換等效成直流電機的控制方式，相當(dāng)于直流電機中同轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流，無論電機的狀態(tài)，維持其勵磁電流的恒定，而轉(zhuǎn)矩的大小只要獨立調(diào)節(jié)電樞電流，故可以使異步電機始終處于高動態(tài)的狀態(tài)，從0rpm加速到1000rpm只需30ms，改善了變頻器調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能，對于注塑整個運行循環(huán)的跟附性大大提高，轉(zhuǎn)差在3%-5%內(nèi)，提高了電機面對負(fù)載變化的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，電機在低速運轉(zhuǎn)時有2倍以上的額定轉(zhuǎn)矩，有較好的加減速性能，轉(zhuǎn)矩變化時響應(yīng)也快。
綜上所敘，選擇開環(huán)通用變頻器，由于其響應(yīng)慢，并不適用于注塑機油泵的調(diào)速，相比之下無感矢量控制的變頻器，因其高動態(tài)性，穩(wěn)定性好等特性更適合注塑機的使用。
6.變頻器的散熱方式
注塑機專用變頻器都采用水冷散熱方式，散熱效率高，安全保護等級可達IP54。由于變頻器采用水冷形式，變頻器主體實際是封閉于電控箱內(nèi)，減少了由于粉塵，油污侵入電子設(shè)備而導(dǎo)致?lián)p壞的可能性，確保了變頻器的使用安全，同時采用水冷散熱方式可使變頻器的功率單元IGBT始終工作在某一溫度范圍內(nèi)，有效延長了其使用壽命，采用水冷散熱方式可使變頻器平均壽命延長達10年以上。
7.使用變頻器后的其它功能
最顯著的特點就是可以改進機器的工藝特性，提高其效率。有些產(chǎn)品要求很高的射膠速度，普通的注塑機，可能要更換運螺桿、料筒、電機、油泵才能達到要求的速度，但使用變頻器以后，在電機油泵允許的范圍內(nèi)，將電機轉(zhuǎn)速提高10%(電機頻率達到55HZ)，即可做到不用更換任何部件就能達到要求的速度，從而提高了生產(chǎn)效率。
8.使用中注意的問題
經(jīng)測量采用變頻運行后，電機的表面溫度有所提高，例如工頻運行電機溫度為35度，變頻運行時電機為40度，且不繼續(xù)升高(在電機安全范圍內(nèi))，這是由于電機在整個周期內(nèi)，進行不同的轉(zhuǎn)速運行，電機的散熱風(fēng)扇風(fēng)力減小緣故，使用中建議保持散熱風(fēng)扇和電機的清潔。
