传统液压注塑机的变频节能改造

hhy11

注塑机是一种专用的塑料成型机械，它利用塑料的热塑性，经加热融化后，加以高的压力使其快速流入模腔，经一段时间的保压和冷却，成为各种形状的塑料制品。注塑机的电能消耗主要表现在以下几个部分：①液压系统油泵的电能消耗 ，②加热器的电能消耗 ③循环冷却水泵的电能消耗（在注塑车间内，一般多台注塑机共用一台冷却水泵），其中液压油泵电机的用电量占整个注塑机用电量的80％以上，所以降低其耗电量是注塑机节能的关键。


1、注塑机的工作循环
, }! f5 P* P. `3 d6 o9 a5 c. L1）锁合模：模扳快速接近定模扳（包括慢-快-慢速），且确认无异物存在下，系统转为高压，将模板锁合（保持油缸内压力）。
2）射台前移到位：射台前进到指定位置（喷嘴与模具紧贴）。
- `4 I' L! D$ Y" i( Z$ v3）注塑：可设定螺杆以多段速度，压力和行程，将料筒前端的溶料注入模腔。
2 [! m1 t8 d7 r; n- I/ x, I4）冷却和保压：按设定多种压力和时间段，保持料筒的压力，同时模腔冷却成型。
6 ~1 }! e; h( f+ D" o# Y5）冷却和预塑：模腔内制品继续冷却，同时液力马达驱动螺杆旋转将塑料粒子前推，螺杆在设定的背压控制下后退，当螺杆后退到预定位置，螺杆停止旋转，注射油缸按设定松退，预料结束。
6）射台后退：预塑结束后，射台后退到指定位置。
7）开模：模扳后退到原位（包括慢-快-慢速）
8）顶出：顶针顶出制品。

2．传统液压驱动的注塑机的能量浪费
( `+ `* S0 U% {! p% }; ]　 液压驱动的注塑机在以上各阶段所需压力和流量都是变化的，当注塑机的油量需求发生变化时，由设在油泵出口的比例流量阀和比例压力溢流阀来调节负载压力和流量，提供各油缸和液力马达所需的推力，压力方向和移动速度。油泵的输出功率等于电机的输出转矩和电机的转速的乘积，当系统要求低流量时，油泵电机的输出功率不变，多余的液压油通过压力比例阀和溢流阀流回油箱，即使空载（如冷却）也是如此，这样，节流功率损失非常大，效率很低，一般只有60％-70％，因而造成能量浪费，同时由于液压油长期的全速循环流动，与液压件，机械件的剧烈磨擦，造成油温过高，噪音过大等系列问题，机器寿命亦缩短。
2 ^8 p) I% q- d. d
& d% P# h# T8 \4 y( Q3．使用节能变频器控制油泵电机
+ g. W2 O! i) W; K" W8 T　 变频器控制的油泵电机从根本上克服了传统注塑机能量浪费的弊病，当系统需要的流量发生变化时，电机的转速也跟着发生变化，从而使定量油泵排出的油流量发生变化，即“需要多少供给多少，从而节约了大量的电能。根据注塑制品的不同，节电率达20％-70％。
' ?9 R8 L! t# T7 C' s! g  f
1 Z4 K' q1 L( [) d% s4．变频器控制信号的选取
+ s' ]4 x% `$ Y2 b　 对所改造的注塑机要充分了解其控制电路，液压电路和工作原理，巧妙取得控制信号，实现现有注塑机和变频器的结合。注塑机液压油需求量的信号是连接压力和流量比例阀的电流信号（0-1A），经积分处理后并转换成4-20mA的标准信号直接连接到变频的输入端，从而控制变频器改变输出频率，随即改变了油泵电机的转速，达到调压节电的双重作用。针对注塑机液压系统特有的大负荷超载，频响要求高和低速转矩大，电机加减速时间长的特点，在控制过程中应用了PLC控制器，引入各电液换向阀的信号，由PLC根据这些信号鉴别注塑机的工艺流程，提前对变频器给出加速和减速指令。
4 Y0 q. d) _0 h% W. b9 J
  M; ?: h6 g: h7 d0 B4 d5.注塑机变频器的选型
3 f" A# R2 f' h9 E" x1）普通的VVVF调速方式，当频率与电压的比率保持恒定，电机的磁通不变，由于没有速度反馈，不能准确控制电机的转速（一般误差在15％），三相异步电机的转子实际转速同定子旋转磁场间存在转差，当外部负载发生变化时，转差率也随之发生变化，但变频器并不能对此补偿，导致油泵转速发生变化，造成了流量误差，次品率高。注塑机在采用压力闭环控制的系统中，会出现压力瞬间失调的情况，无法控制制品的品质。

: @9 p6 z! P$ C( c! e2）无传感器矢量控制变频器，采用转子磁场方向的控制方式，即对异步电机进行坐标变换等效成直流电机的控制方式，相当于直流电机中同转矩成正比的电枢电流，无论电机的状态，维持其励磁电流的恒定，而转矩的大小只要独立调节电枢电流，故可以使异步电机始终处于高动态的状态，从0rpm加速到1000rpm 只需30ms，改善了变频器调速系统的动态性能，对于注塑整个运行循环的跟附性大大提高，转差在3％-5％内，提高了电机面对负载变化的运转稳定性，电机在低速运转时有2倍以上的额定转矩，有较好的加减速性能，转矩变化时响应也快。

8 f$ @, P' _& p! a' D. A% E　 综上所叙，选择开环通用变频器，由于其响应慢，并不适用于注塑机油泵的调速，相比之下无感矢量控制的变频器，因其高动态性，稳定性好等特性更适合注塑机的使用。

6．变频器的散热方式
  m/ z  P  W3 Z+ `3 }- G! k　 注塑机专用变频器都采用水冷散热方式，散热效率高，安全保护等级可达IP54。由于变频器采用水冷形式，变频器主体实际是封闭于电控箱内，减少了由于粉尘，油污侵入电子设备而导致损坏的可能性，确保了变频器的使用安全，同时采用水冷散热方式可使变频器的功率单元IGBT始终工作在某一温度范围内，有效延长了其使用寿命，采用水冷散热方式可使变频器平均寿命延长达10年以上。

) h' e6 \3 Z9 q. \! Y. Q. Q+ s) R" h) L7．使用变频器后的其它功能
% R% ~5 b3 B" ?# y; j: W2 J. ?　 最显著的特点就是可以改进机器的工艺特性， 提高其效率。有些产品要求很高的射胶速度，普通的注塑机，可能要更换运螺杆、料筒、电机、油泵才能达到要求的速度，但使用变频器以后，在电机油泵允许的范围内，将电机转速提高10％（电机频率达到55HZ），即可做到不用更换任何部件就能达到要求的速度，从而提高了生产效率。
) e$ z1 h( u% X* A
8．使用中注意的问题
& `/ ~! |$ y* M. ^9 H" Y4 {　 经测量采用变频运行后，电机的表面温度有所提高，例如工频运行电机温度为35度，变频运行时电机为40度，且不继续升高（在电机安全范围内），这是由于电机在整个周期内，进行不同的转速运行，电机的散热风扇风力减小缘故，使用中建议保持散热风扇和电机的清洁。

9 h: a  K5 q! y6 M* d4 p9.变频器在海天1500机上的实际应用
3 C8 ?$ q2 E8 q7 }6 J- v使用机型：WHPS注塑机专用节能变频器
生产厂家：北京万禾创新科技有限公司
使用厂家：山东青岛某国营大型企业
主要特点：
1）一体化结构，自带工频/节电运行转换开关，确保在系统故障时，人工切换，不影响生产。
2）控制油泵电机：45KW+45KW+45KW
3）变频器功率：45KW （其中IGBT最大电流300A）
: N8 K+ A, w4 M4) 数量：30 台
* \* f8 v, Q, N5）变频器控制方式：无速度传感器矢量控制变频器
1 x: G$ K9 I  |% f- ~' y% B9 {6）瞬间冲击电流可达300％，确保在注射等重负载下不跳闸。
7）散热方式：水冷却（电控箱全封闭设计，防尘，防油污）防护等级：IP54
8）信号输入方式：0-1A（压力比例）， 0-2A（流量比例）两路输入，积分运算输出。
9）自带有功功率表
10）变频控制单件注塑工件时间比工频运转慢0.2秒
( P8 A4 c  Y3 E; {( j5 O! B11）节电率（不同工艺）：20％-40％