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傳統(tǒng)液壓注塑機的變頻節(jié)能改造技術
時間：2019-11-25 03:40
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來源：互聯(lián)網
注塑機是一種專用的塑料成型機械，它利用塑料的熱塑性，經加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經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，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)，且確認無異物存在下，系統(tǒng)轉為高壓，將模板鎖合(保持油缸內壓力)。
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)冷卻和預塑：模腔內制品繼續(xù)冷卻，同時液力馬達驅動螺桿旋轉將塑料粒子前推，螺桿在設定的背壓控制下后退，當螺桿后退到預定位置，螺桿停止旋轉，注射油缸按設定松退，預料結束。
6)射臺后退：預塑結束后，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)液壓驅動的注塑機的能量浪費
液壓驅動的注塑機在以上各階段所需壓力和流量都是變化的，當注塑機的油量需求發(fā)生變化時，由設在油泵出口的比例流量閥和比例壓力溢流閥來調節(jié)負載壓力和流量，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矩和電機的轉速的乘積，當系統(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，當系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時，電機的轉速也跟著發(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)，經積分處理后并轉換成4-20mA的標準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速，達到調壓節(jié)電的雙重作用。針對注塑機液壓系統(tǒng)特有的大負荷超載，頻響要求高和低速轉矩大，電機加減速時間長的特點，在控制過程中應用了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調速方式，當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，不能準確控制電機的轉速(一般誤差在15%)，三相異步電機的轉子實際轉速同定子旋轉磁場間存在轉差，當外部負載發(fā)生變化時，轉差率也隨之發(fā)生變化，但變頻器并不能對此補償，導致油泵轉速發(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)壓力瞬間失調的情況，無法控制制品的品質。
2)無傳感器矢量控制變頻器，采用轉子磁場方向的控制方式，即對異步電機進行坐標變換等效成直流電機的控制方式，相當于直流電機中同轉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，而轉矩的大小只要獨立調節(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，轉差在3%-5%內，提高了電機面對負載變化的運轉穩(wěn)定性，電機在低速運轉時有2倍以上的額定轉矩，有較好的加減速性能，轉矩變化時響應也快。
綜上所敘，選擇開環(huán)通用變頻器，由于其響應慢，并不適用于注塑機油泵的調速，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，減少了由于粉塵，油污侵入電子設備而導致?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，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，將電機轉速提高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，從而提高了生產效率。
8.使用中注意的問題
經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)，這是由于電機在整個周期內，進行不同的轉速運行，電機的散熱風扇風力減小緣故，使用中建議保持散熱風扇和電機的清潔。
