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傳統(tǒng)液壓注塑機(jī)的變頻節(jié)能改造技術(shù)
注塑機(jī)是一種專用的塑料成型機(jī)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(shí)間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品。注塑機(jī)的電能消耗主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(tái)注塑機(jī)共用一臺(tái)冷卻水泵)，其中液壓油泵電機(jī)的用電量占整個(gè)注塑機(jī)用電量的80%以上，所以降低其耗電量是注塑機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵。
1、注塑機(jī)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(wú)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(tái)前移到位：射臺(tái)前進(jìn)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(shí)間段，保持料筒的壓力，同時(shí)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(shí)液力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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(tái)后退：預(yù)塑結(jié)束后，射臺(tái)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(dòng)的注塑機(jī)的能量浪費(fèi)
液壓驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)在以上各階段所需壓力和流量都是變化的，當(dāng)注塑機(jī)的油量需求發(fā)生變化時(shí)，由設(shè)在油泵出口的比例流量閥和比例壓力溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載壓力和流量，提供各油缸和液力馬達(dá)所需的推力，壓力方向和移動(dòng)速度。油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的轉(zhuǎn)速的乘積，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，油泵電機(jī)的輸出功率不變，多余的液壓油通過(guò)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(fèi)，同時(shí)由于液壓油長(zhǎng)期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件，機(jī)械件的劇烈磨擦，造成油溫過(guò)高，噪音過(guò)大等系列問(wèn)題，機(jī)器壽命亦縮短。
3.使用節(jié)能變頻器控制油泵電機(jī)
變頻器控制的油泵電機(jī)從根本上克服了傳統(tǒng)注塑機(jī)能量浪費(fèi)的弊病，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)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(dá)20%-70%。
4.變頻器控制信號(hào)的選取
對(duì)所改造的注塑機(jī)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(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有注塑機(jī)和變頻器的結(jié)合。注塑機(jī)液壓油需求量的信號(hào)是連接壓力和流量比例閥的電流信號(hào)(0-1A)，經(jīng)積分處理后并轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)壓節(jié)電的雙重作用。針對(duì)注塑機(jī)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(jī)加減速時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，在控制過(guò)程中應(yīng)用了PLC控制器，引入各電液換向閥的信號(hào)，由PLC根據(jù)這些信號(hào)鑒別注塑機(jī)的工藝流程，提前對(duì)變頻器給出加速和減速指令。
5.注塑機(jī)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(jī)的磁通不變，由于沒(méi)有速度反饋，不能準(zhǔn)確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速(一般誤差在15%)，三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速同定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間存在轉(zhuǎn)差，當(dāng)外部負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)差率也隨之發(fā)生變化，但變頻器并不能對(duì)此補(bǔ)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(jī)在采用壓力閉環(huán)控制的系統(tǒng)中，會(huì)出現(xiàn)壓力瞬間失調(diào)的情況，無(wú)法控制制品的品質(zhì)。
2)無(wú)傳感器矢量控制變頻器，采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向的控制方式，即對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)變換等效成直流電機(jī)的控制方式，相當(dāng)于直流電機(jī)中同轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流，無(wú)論電機(jī)的狀態(tài)，維持其勵(lì)磁電流的恒定，而轉(zhuǎn)矩的大小只要獨(dú)立調(diào)節(jié)電樞電流，故可以使異步電機(jī)始終處于高動(dòng)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(dòng)態(tài)性能，對(duì)于注塑整個(gè)運(yùn)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(jī)面對(duì)負(fù)載變化的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)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(jī)油泵的調(diào)速，相比之下無(wú)感矢量控制的變頻器，因其高動(dòng)態(tài)性，穩(wěn)定性好等特性更適合注塑機(jī)的使用。
6.變頻器的散熱方式
注塑機(jī)專用變頻器都采用水冷散熱方式，散熱效率高，安全保護(hù)等級(jí)可達(dá)IP54。由于變頻器采用水冷形式，變頻器主體實(shí)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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)達(dá)10年以上。
7.使用變頻器后的其它功能
最顯著的特點(diǎn)就是可以改進(jìn)機(jī)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(jī)，可能要更換運(yùn)螺桿、料筒、電機(jī)、油泵才能達(dá)到要求的速度，但使用變頻器以后，在電機(jī)油泵允許的范圍內(nèi)，將電機(jī)轉(zhuǎn)速提高10%(電機(jī)頻率達(dá)到55HZ)，即可做到不用更換任何部件就能達(dá)到要求的速度，從而提高了生產(chǎn)效率。
8.使用中注意的問(wèn)題
經(jīng)測(cè)量采用變頻運(yùn)行后，電機(jī)的表面溫度有所提高，例如工頻運(yùn)行電機(jī)溫度為35度，變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)為40度，且不繼續(xù)升高(在電機(jī)安全范圍內(nèi))，這是由于電機(jī)在整個(gè)周期內(nèi)，進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)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(jī)的清潔。
