变频器用于注塑机节能改造□艾默生网络能源有限公司周孚宏着塑料制品的广泛应用及其产量的迅速增长，塑料机械己经成为建材、包装、电子电气、汽车、石化和机械等行业的重要技术装备，需求量激增。其中注塑机由于对各种塑料的加工具有良好的适应性，能对外形复杂、尺寸精确或有金属嵌件质地密致的塑料制品一次成型，且其生产能力较高，易于实现自动化，因此成为塑料机械中增长比较快，生产数量比较多的机种之一。据统计，目前注塑机的生产总数占整个塑料成型设备的20%30%.在塑料制品加工行业飞速发展的同时，行业内的竞争也日趋激烈，如何有效降低成本，提高产品竞争力成了业内企业共同关注的问题。

　　近年来国内外一些厂家推出了变量泵注塑机、全电动注塑机等节能型产品，但是由于设备价格昂贵、维护成本高且使用要求高等种种原因，在国内市场上销量不大。我国塑料加工企业使用的注塑机90%以上还是定量泵注塑机。所以，采用新技术对定量泵注塑机进行节能改造更具有实际意义。变频器正是这样一种新的技术设备，由于它能够灵活方便地改变电动机的转速，因而就可以借助它将定量泵模拟成变量泵，达到节能改造的目的。

　　注塑机变频节能改造原理目前绝大多数注塑机都是采用液压传动，定量泵注塑机就是通过电动机带动定量泵供油来提供液压传动系统中的动力。以前液压马达直接接市电一直以工频运行，泵的输出流量也就无法随着负荷的变化而改变，始终保持恒定的流量。

　　注塑机的设计长期以来追求精密化和高速化，设计时电动机的功率通常又是按照各个动作的比较大消耗功率来设计的。但实际生产中，由于产品的表面精度的要求，往往产品不适合高速高压成型，因此导致注塑机的设计功率偏大。实际使用时电动机的平均负载往往只有设计容量的40% 60%，个别情况甚至更低。这也造成了电动机工频运行时电能的大量浪费。

　　对定量泵注塑机的变频改造正是基于以上两方面的原因。

　　改造后的系统，能够自动跟踪注塑机本身的工作状态、工作压力和流量信号，通过变频器适时适量地控制液压马达的转速来调节泵的输出流量，使泵的实际供油量与注塑机的工作流量需求在任何工作阶段均能保持一致。这就使电动机在整个负荷变化过程中的能量消耗降到比较小程度，基本消除了溢流现象。另外在非动作状态时让电动机停止下来，也能进一步地增大节能空间。再有，应用变频器还能提高系统的功率因数，减小液压马达的无功损耗，并提高了工厂的供电效率和电网质量。综上所述，不难看出，对定量泵注塑机进行变频节能改造能够带来巨大的节能效果。

　　例电动机功率为18.5kW，生产亚加力透明件，生产周期为14s，在市电供电状态下和变频控制状态下，实测功率消耗曲线的对比如所示。可以看出，在变频节能改造后，整个注塑工作周期内，节能显著。

　　沌塑机在工颊和变颊X作状态下的能耗1丨1|线比照图注塑机变频节能改造方案对定量泵注塑机进行变频改造时，为确保对生产无任何影响，保障系统的可靠性，对注塑机原有液压系统及电气控制系统尽量不作变动。另外，保留定量液压马达原有的工频运行回路，增加控制电路，保证用户可以方便地进行工频和电气传动pA应用与方案变频运行的切换。

　　变频控制部分则是利用注塑机控制系统的同步控制信号，并将注塑机控制器给出的调节流量、压力比例阀的模拟量信号（如01ADC），经处理变换，转变为010VDC或420mA的信号，送给变频器，用来调节液压马达的转速，使得液压系统的输出能与注塑机在各个工序段中所需的油压大小和流量速度精确匹配，从而使溢流阀的回流量降到比较小，达到节能目的。

　　注塑机变频节能系统的原理示意图如所示。

　　注a机变频书能系统的原理sg*目前，变频控制部分对于取自注塑机控制器的压力比例和流量比例控制信号的处理方法多种多样。大部分是通过电路转换板直接将其中的一个信号转换为变频器可用的模拟量有的则是将流量与压力信号的乘积通过运算、放大后转换成变频器可用的信号还有些为了达到更好的控制效果，根据注塑机的工艺和产品特性专门建立了相应的数学模型，然后用注塑机控制器送出压力、流量信号并计算出对应的控制量，用来控制变频器的输出频率。

　　注塑机变频节能改造实例艾默生公司生产的TD3400注塑机专用变频器采用了矢量控制，具有高速的动态响应和优异的自动限流能力，且瞬间过载能力可达到额定负荷的200%，另外在零频无速度传感器的方式下也能输出150%的额定转矩。这些特性非常符合注塑机的应用需求，加之TD3400变频器注塑机专用还专门根据注塑机的应用特征增加了相应的功能，因此在注塑行业得到了广泛应用。目前，该型号变频器己成功应用在海天、震雄、东华、亿利达、华大、宝源、联塑、台中精机、三菱、东芝和川口等品牌的注塑机上，并成功地对富士康、海尔、长虹、灿坤等企业的注塑机进行了大批量的改造。

　　某厂有30800PC的注塑机138台，其中注塑机用电总电流为6000A，占该厂总用电量的80%.除了部分带变量泵的进口注塑机无需改造外，可以进行节能改造的定量泵注塑机有80台，电动机功率合计达到2800kW.在利用TD3400对这80台功率从15100kW的电动机全部进行变频改造之后，全厂用电的总电流下降了2100A左右，每月可节电50万kW.h，平均节电率达了56.2%.且每台机运行都稳定可靠，到目前为止，尚未发现任何故障，也没收到某台机或者某套模具不适合使用的信息。

　　以该厂的1台宝源450PC注塑机为例，当使用的原料材质为PC+ABS，加工手提电锯的外壳时，在工频工作和变频改造后的其生产过程中各个动作状态下的耗电情况见附表（不含电热功率消耗）。

　　附表注塑机工频工作与变频节能改造后耗电情况对照表不同工作状态下的电流值/A单位用电量节电率锁模1网熔胶冷却！针1待机工频运行变频运行注塑机变频节能改造中常见的问题与解决措施在对注塑机进行变频改造时，可能经常会发现，生产周期在变频工作时会慢0.31.2s.且变频器功率越大，产品工况越复杂，周期就会相应地增加。这主要是由于在不同工序段切换时，变频器需要根据各工序所需要的不同压力、流量而不断改变输出频率，而使电动机经常处于加减速过程中。尽管变频器的加减速时间可调得很短，但相比工频运行时电磁阀通断速度有一定的滞后，这就导致了相同工艺参数下变频控制时单位加工周期有所延长，生产效率受到一定影响。

　　对于这个问题，一方面，要求选用的变频器有很好的动态响应性能，以尽量缩短响应时间；另一方面，可以根据实际情况，调整注塑机的部分工艺参数，如加大压力设定值等。

　　当然，我们也可以对液压系统和控制系统进行改进来解决问题。例如工频时注塑机在液压系统设计时考虑到液压冲击带来的危害，在液压回路上采用了很多缓冲回路。如果能提高液压回路反应时间就可以弥补变频加速过程带来的滞后。而对于变频器控制系统，如果能采用流量和压力两路信号控制，也能够较好地解决这个问题。

　　2.有时出现压力不够个别情况下，由于机器采用的元件质量不过关，或保养不好，液压回路中个别液压元件磨损，导致自身的压力一一流量特性有所下降，造成控制压力随流量的变化较大。这时表现出有时压够而有时不够的现象。工频生产时由于流量恒定，因此问题没有被暴露出来。采用变频控制时就会表现出压力不够。

　　为了解决这一问题，一个办法是通过调整注塑机的工艺参数，将变频工作时注塑机的压力和流量设定得比工频时高一些另一个办法就是从控制方法上想办法，例如就是采用基于速度环节的压力闭环控制，保证压力满足要求。

　　变频器对注塑机的正常运行产生干扰由于变频器在工作时输入和输出电流中都会有一定量高次谐波成分，这就会对注塑机的控制系统产生干扰，严重时可能影响到注塑机的正常动作。对此，可采取以下措施在输入侧和输出侧加装变频器专用滤波器、电抗器等措施减小高次谐波电流。

　　控制信号线使用屏蔽电缆，并把屏蔽层一端接到变频器的公共输入端子上，另一端悬空。

　　变频器的输入、输出电缆与控制信号线分开走线，它们之间应该至少保证20cm以上的距离且尽可能远。

　　减少变频器的载波频率。

　　另外，同一电源下的其他设备比较好能做到隔离供电。

　　注塑机变频改造带来的益处使定量泵变为节能型变量泵，注塑机液压系统与整机运行所需功率匹配，无高压节流溢流能量损失，节电率高达将功率因数由0.60.8提高到0.96以上，大大减少了无功电流，降低了线路损耗，提高了电网质量和供电效率。对供电设备而言，相当于起到了增容的作用。

　　使用变频器可实现电动机的软起动，起动平滑无冲击。

　　这样一方面可以减小起动时对电动机和电网的冲击，既保护了电动机，延长了其使用寿命，对电网而言又可以算是增加了系统的装机容量。另一方面，由于减轻了开、锁模的冲击，从而延长了机械和模具的使用寿命，减轻了噪声。

　　由于变频器可以调节液压泵的流量和压力，一方面使得油温会比工频状态下降低1518*C.这样延长了压力油的使用寿命；冷却水的用量也可节省30%以上而且变频运行时压力油温度可降至3540C左右，此状况下的油温比较能保证液压执行组件的重复精度和稳定性。另一方面，使密封组件的使用寿命得以延长，降低停机维修的次数和维修时间，节省大量维护费用。

　　采用变频器后，它具有过压、过流、过载、过热、欠压及对地短路等多种保护，能够在线监控，及时发现故障并报警。这样一来可以保护变频器本身，二来能保护电动机，其三，还能避免注塑机机械部件因错误操作而损坏，因此系统的可靠性大大提高。

　　因为保留了注塑机原有控制方式及油路不变，可实现工频/变频切换。EA（上接第86页）转矩也将不变随着卷绕辊卷径的增大，动态转矩将变为负值，如b所示。拖动系统将处于减速状态，如c所示。

　　减速时的速度大小应符合能量守恒原理。如果忽略传动系统的损失不计，则电动机的输出功率也必保持不变因此，拖动系统的转速将随着卷径的增大而不断下降改变给定转矩的大小，可以改变卷绕的松紧程度。

　　（如塑料薄膜）在卷绕过程中，为F了避免薄膜之间互相粘合，要求在卷径增大的过程中，薄膜的张力适当减小，如所不。

　　针对这种情况，只需令转01矩给定信号随卷径的增大而逐S17渐减小，从而使电动机的输出转矩也逐渐减小就可以了。可见，变频器的转矩控制功能可使卷绕机械的恒张力控制变得比较容易实现。EA