劉佳暢
Liu Jiachang

摘要：
本文對注塑機基本工藝過程做了簡要介紹，對變頻改造的節能原理及效果做了簡要分析，論述了變頻節能調速裝置在注塑機行業的傳統改造方案與經濟型改造方案，講解了傳動之星注塑專用變頻節能裝置在注塑機上的應用效果。
關鍵詞：變頻    節能    注塑機
 
一、概述
    隨著注塑機設備的廣泛應用，對于塑料制品行業來說，電耗是其生產成本的主要部分，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設備之一，因此降低注塑機的能耗成為注塑行業降低成本、提高產品競爭力的有效途徑。而電能的節約在各項節能措施中是效益產出率最大的。若用變頻節能調速裝置來調節電機 （油泵）的轉速，實時滿足壓力和流量的需求，這樣既經濟又實用，因此采用變頻節能調速裝置對注塑機的節能改造已成為注塑行業降低注塑機的能耗成本、提高產品競爭力的最有效的途徑。
二、變頻節能原理
    注塑機的電能消耗主要表現在以下幾個部分：①液壓系統油泵的電能消耗 ，②加熱器的電能消耗③循環冷卻水泵的電能消耗
其中液壓油泵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能的關鍵。注塑機在合模、鎖模、射膠、冷卻等階段所需壓力和流量都是變化的，當注塑機的油量需求發生變化時，由設在油泵出口的溢流閥來調節負載壓力和流量，而電機的輸出功率不變，因而造成能量浪費。
    變頻調速裝置由整流電路、濾波電路、逆變電路和控制電路組成，其功能是通過整流環節將交流電能經過整流、濾波為直流電能，又通過逆變環節轉變成不同頻率的交流電能輸出給電機。于是可讓注塑機油泵電機在不同的轉速下工作。另外，根據油泵的理論，油泵的輸出流量Q的計算公式為：                                        
 Q=2[π（R2-r2）-（R-r）S×Z/COSθ]B×N10-6
式中：R-葉片的半徑         r-定子的短半徑
      S-葉片的厚度         B-轉子的軸向寬度
      Z-葉片數目          θ-葉片相對半徑方向的傾角
    由上式公式中可得出改變油泵電機轉子的轉速N也就改變輸出流量Q，即油泵油流量與油泵電機的轉速成正比，而改變油泵電機轉子的轉速N是通過注塑機電腦的同步信號自動控制變頻節能調速裝置的輸出頻率來實現，油泵電機的耗電與其轉速近似成三次方關系，即油泵電機的耗電功率P=P`（N`/N）3，  若注塑機油泵電機額定功率為55KW，則當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量用28.16KW，省電48.8%；當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量僅用6.875KW，省電87.5%,從而使油泵負載具有明顯的節電效果（其中：P`=55KW，N`/N=4/5和N`/N=1/2）。
三、注塑機工作原理
    塑料注射成型是利用三種狀態（固態-液態-固態），借助于注塑機和模具成型出所需要的塑料制品。盡管所有的注塑機不盡相同，但注塑機的工作流程基本是相同。如圖一所示，大致可分為七道工序：鎖模、射膠、保壓、溶塑、冷卻、開模、頂針（頂針進、頂針退、射座退）等，依次每一道工序都需要用不同的工作壓力和流量，除了高壓鎖模、射膠及溶塑動作需要較大壓力外，其它工序都工作在很小壓力下，其壓力和流量是靠壓力比例閥和流量比例閥來調節，通過調節壓力比例閥和流量比例閥的開啟度來控制壓力和流量大小。
 
四、注塑機變頻節能改造方案
1．傳統注塑機變頻節能改造方案
1．1方案原理圖如圖二所示：
    進入二十一世紀來，采用變頻調速的方式對注塑機進行節能改造的技術已得到了較大的應用。傳統的變頻調速控制主要采用將注塑機主控制器的流量閥信號或者壓力閥信號轉換成變頻節能調速裝置接受的‘0-10V’或‘4-24mA’的信號給變頻節能調速裝置控制，以達到根據工藝需要調節油壓的目的。當注塑機某一個動作處于壓力大而流量小（流量大而壓力小）時，就會造成參數點過低，電機轉速偏低，壓力不足，做出的產品達不到生產要求，影響生產。當需要調整某一個工作狀態時，要整機轉速提高，如此一來節能效果又大大降低。雖然取得一定的節能效果，但也存在多種負面的影響，且采用傳統變頻節能改造方案已難以解決現實中存在的問題。
1．2傳統注塑機變頻節能改造方案存在的缺點：
1、動態響應不足，延長了注塑機的工作周期，造成產量的下降。
2、產品質量不夠穩定，廢料增加。
3、工作過程不夠流暢，有延緩現象。
4、對注塑機電腦、電加熱電路存在電磁干擾現象。
5、技術適用性差，對有些型號注塑機改造后的節電率甚小。
6、節電潛力挖掘不夠，還存在多余的電能消耗。
2、最經濟最實用的注塑機變頻改造方案
2.1方案概述
    綜合上述三講的各種缺陷，為了解決客戶疑惑,做到既節省巨額電費又不影響生產的雙贏，我公司工程技術人員經過深入的研究分析，認為造成其根源主要在于控制部位。如果改造不當就會出現如文章中第三章節所說的缺點一樣。鐘對以上情況，傳動之星SD系列注塑機專用型變頻節能調速裝置，采用多端信號輸入控制，比例壓力、流量信號作為主輸入信號，另外幾路動作單向作為輔助輸入信號，當出現某一個動作工作壓力不足時，可以單獨調整而不影響其它工況。使電機在整個變化的負荷范圍內的能量消耗達到所需的最小范圍，并確保電機平穩、精確地運行、即保證產品質量又節約電能，真正做到經濟實用。還采用了變頻專用調速器、電流變送器和注塑機電腦控制等技術手段。
方案原理圖如圖三所示：
    根據注塑機在各個工作階段中所需的油壓大小和流量速度不同及變頻節能調速裝置的節能特點，從注塑機的壓力電磁比例閥或流量電磁比例閥取出0~1ADC的模擬電流信號，送電流變送器處理后轉變為0~10VDC的模擬電壓信號來控制變頻節能調速裝置的輸出頻率，從而改變油泵電機的轉速，來改變油泵輸出流量Q，滿足注塑機在各個工作階段中所需的油壓大小和流量速度，將傳統的定量泵轉變為變量泵，節能效率高達20%~60%。
2.2方案的優越性
    這樣，就將螺桿的控制方式從傳統的比例閥節流調速方式變為電動機變頻節能調速裝置調速方式，從而大大改善了整機性能。改造后的注塑機保留原有操作過程不變，不需要更改原電路，調節方便，控制精確。真正實現了將最先進的變頻調速技術完美的應用于塑膠工業生產。
長遠來看，傳動之星注塑機專用變頻節能調速裝置從根本上簡化了注塑機液壓系統的結構，降低了注塑企業本身的生產成本，與目前采用的變量泵等傳統改造節能措施相比，無疑是一種革命性的進步，必將成為注塑企業未來發展的趨勢。
五、傳動之星變頻節能調速裝置的功能與特點
1、SD系列變頻節能調速裝置簡述
    我公司提供的SD系列高性能一體化變頻節能調速裝置專為注塑機用戶節能改造提供的整套解決方案。新一代的產品性能更優越，功能更強大，外觀更精巧。SD系列一體化節能裝置廣泛適用于注塑機節能改造、恒壓供水等，它集變頻節能調速裝置、旁路、柜體等一體化設計，方便了用戶的使用需求。在系統設計上考慮了變頻節能調速裝置系統的干擾、散熱等因素。是提供給經銷商的一個用戶端解決方案。也可以根據客戶要求定制，避免經銷商二次集成過程中的工藝和安裝差異造成的不良因素。