變頻器在注塑機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用2008

變頻器在注塑機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用2008-03-1820:18一．塑料行業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展形勢現(xiàn)在人們已公認(rèn)一個國家或地區(qū)塑料的人均年消耗量及塑料工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占的地位是反映工業(yè)發(fā)展與進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。中國塑料資源豐富，21世紀(jì)初主要合成樹脂年產(chǎn)量達(dá)1.4萬噸，排世界第4位。并且中國合成樹脂的產(chǎn)量還在以5%~10%的速度增長。中國又是塑料消費(fèi)大國，據(jù)統(tǒng)計，其年消耗量占世界第二，僅次于美國，而中國的人均消費(fèi)僅為19kg，在世界排名第32位，是工業(yè)發(fā)達(dá)國家的11%~20%，可見中國的塑料工業(yè)還要大發(fā)展，塑料機(jī)械前景廣闊。根據(jù)塑料制品的市場分析，目前中國塑料機(jī)械行業(yè)產(chǎn)值每年約100億元，而國內(nèi)市場需求約200億元，還有很大空間，注塑機(jī)的需求也逐步由南方向北方擴(kuò)散，同時也帶將帶動塑料工業(yè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。二．變頻改造在注塑行業(yè)發(fā)展趨勢近幾年塑料行業(yè)發(fā)展越來越迅速，其中注塑行業(yè)也正迎來一個飛速發(fā)展的機(jī)遇。但同時行業(yè)內(nèi)的競爭也日漸激烈，各廠家除了重視產(chǎn)品質(zhì)量和品牌外，也越來越重視生產(chǎn)成本的控制。從注塑機(jī)工藝過程知道，在注塑成型產(chǎn)品成本中，電能消耗成本占了很大的比例，因而能否有效減少電能損耗，受到了各注塑機(jī)廠家和用戶的關(guān)注。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的推廣，變頻調(diào)速在傳動控制和節(jié)能領(lǐng)域已日漸得到了廣泛應(yīng)用，尤其在泵類負(fù)載場合采用變頻控制節(jié)能效果顯著。本文以四方注塑機(jī)專用型變頻器為例，介紹了注塑機(jī)變頻改造的可行性和改造中常出現(xiàn)的問題及相應(yīng)處理方法。三．注塑機(jī)變頻改造可行性3.1注塑機(jī)基本概況及成型工藝過程普通注塑機(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---溶膠、冷卻---開模---取出制品---將被注塑件放入模具中—合模等加工工序達(dá)到某件產(chǎn)品成型。各個過程所需的速度和壓力因不同工藝而不同，即所需的液壓油流量不同，因而注塑機(jī)整個動作過程對油泵電機(jī)來說是個變負(fù)載過程。在定量泵注塑機(jī)液壓系統(tǒng)中，油泵電機(jī)始終以恒定轉(zhuǎn)速提供恒定流量的液壓油，各個動作中相應(yīng)多余的液壓油則通過溢流閥回流，從而造成電能的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計，由電液閥控模式造成電能損耗高達(dá)36～68%；根據(jù)注塑機(jī)設(shè)備工藝，油泵電機(jī)耗電占整個設(shè)備耗電比例高達(dá)65～80%。因此，對閥控電液模式進(jìn)行節(jié)能改造具有很大的潛力。3.2普通注塑工藝中的主要損耗第一為溢流損耗。隨產(chǎn)品及加工工序不同，各工序所需液壓、流量、壓力不同（見附圖1）。對于油泵馬達(dá)而言，注塑機(jī)在注塑過程的負(fù)載是處于變化狀態(tài)。而泵的流量是按照所需的最大流量來設(shè)計的，其原注塑油泵馬達(dá)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，多余的液壓將通過溢流閥回流，這一部分能量就損耗掉了。第二為節(jié)流損耗。當(dāng)液壓油流經(jīng)閥的節(jié)流口時會有一定的壓降，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，噪音過大，機(jī)械壽命縮短等不良現(xiàn)象。第三為設(shè)計余量損耗。通常在設(shè)計中，一般會考慮到共用性，設(shè)計時以最大容量為基礎(chǔ)，因此用戶油泵電機(jī)設(shè)計的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費(fèi)。圖一：注塑機(jī)工序圖和能耗對照圖四．變頻器在注塑機(jī)節(jié)能改造中的優(yōu)點4.1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)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，變頻器通過對其進(jìn)行實時采樣并通過CPU處理，使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機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從而降低電機(jī)的輸出功率，在冷卻和半成品置入過程中可以讓電機(jī)停轉(zhuǎn)，使電機(jī)在整個負(fù)載范圍內(nèi)的能量損耗達(dá)到最小程度。4.2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，更主要的是因為功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低。由公式S2=P2+Q2，Q=S*SINφ，P=S*COSφ，其中：S-視在功率。Q-無功功率，P-有功功率，COSφ-功率因數(shù)?？芍?，當(dāng)COSφ越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑機(jī)COSφ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COSφ≈1，從而減小了無功損耗，增大了電網(wǎng)的有功功率。4.3軟啟動節(jié)能由于原電機(jī)為直接啟動或Y/△啟動，啟動電流等于(3-7)倍額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和信號線與主回路線要分開布線等。7.2調(diào)試常見問題及處理方法由于注塑機(jī)工藝的特殊性，在改造中會遇到各種故障，以下為在注塑機(jī)變頻改造中常遇到的問題及處理方法。（1）變頻器頻率無變化由于變頻器采用注塑機(jī)閥控電流信號進(jìn)行調(diào)速，變頻器運(yùn)行后可能出現(xiàn)頻率顯示為0.0（有的變頻器顯示為0）現(xiàn)象，其主要原因包括：信號極性接反；信號取錯；信號接線端口與參數(shù)設(shè)定不符；注塑機(jī)輔助電源故障等。出現(xiàn)這種故障時，應(yīng)先查明注塑機(jī)閥控制的類別是電流信號、電壓信號還是脈沖控制信號（部分機(jī)型），及信號正負(fù)極性是否與變頻器控制端子對應(yīng)。（2）油泵噪音大變頻器運(yùn)行后有些注塑機(jī)會發(fā)出異常的噪音，這時應(yīng)判斷噪聲源在何處，是來自電機(jī)還是油泵。若為油泵的噪音，則可能原因有：注塑機(jī)液壓油過少，有空氣吸入；注塑機(jī)濾油器或油路阻塞；注塑機(jī)油泵葉片磨損較嚴(yán)重。遇到該情況應(yīng)先檢查注塑機(jī)油泵，排除故障后方可運(yùn)行。另外，當(dāng)注塑機(jī)處于低速高壓工作狀態(tài)時，也會出現(xiàn)油泵噪音異常情況，這時應(yīng)適當(dāng)提高速度給定。（3）溫度控制干擾另一個注塑機(jī)變頻器改造中常遇見的問題，是改造后注塑機(jī)因干擾不能正常運(yùn)行。注塑機(jī)加熱單元一般采用熱電偶檢測溫度，這種檢測元件容易受諧波干擾，從而造成注塑機(jī)溫度顯示和控制不準(zhǔn)確。這時可從以下方面排除干擾：盡量縮短變頻器與注塑機(jī)電動機(jī)之間的連線，動力線用金屬軟管套裝，動力線與溫度