摘 要：本文對注塑機(jī)基本工藝過程及使用變頻改造的節(jié)能原理及效果做了簡單的分析，講解了四方 E520 注塑專用變頻器在應(yīng)用中的主要特點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際案例替用戶做出了投資和回收的分析。 關(guān)鍵 詞： 變頻器 注塑機(jī) 作 者：深圳市杰源電氣自動(dòng)化有限公司 萬同山 ，從事變頻器開發(fā)與應(yīng)用近 5 年，對變頻器在各行業(yè) \ 中應(yīng)用的解決方案具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。 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(gè)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(jì)，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(shí)也帶將帶動(dòng)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 對于塑料制品行業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，而注塑機(jī)是塑料制品廠的主要能耗設(shè)備之一；隨著電力電子與變頻控制技術(shù)的發(fā)展，對油泵驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行變頻控制以將普通的定量泵改為變量泵的方式已在注塑行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。采用變頻節(jié)能控制器對注塑機(jī)的節(jié)能改造也已成為注塑行業(yè)降低注塑機(jī)的能耗成本、提高產(chǎn)品競爭力的最有效的途徑。因此推廣交流變頻調(diào)速裝置在注塑機(jī)上的應(yīng)用，對于減少能源浪費(fèi)具有重要意義。 三． 注塑機(jī)的工藝分析 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(dòng)，其結(jié)構(gòu)包含注射裝置、開合模裝置、液壓傳動(dòng)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(shí)間、位置）和動(dòng)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(dòng)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(dòng)作油缸、油泵電機(jī)及其它液壓附件和管道組成，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力由電機(jī)帶動(dòng)油泵提供。其中，油泵絕大部分是定量油泵，電動(dòng)機(jī)通常提供額定功率和轉(zhuǎn)速，油泵將電動(dòng)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(dòng)負(fù)載所需能量的要求 注塑機(jī)成型工藝是一個(gè)按照預(yù)定的周期性動(dòng)作過程，即以合模 ——-射嘴前進(jìn)——-射膠——-保壓——-溶膠、冷卻——-開?！?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。 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(jì)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(shí)， 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(shí)會(huì)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(shí)由于液壓長期全速循環(huán)流動(dòng)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(jì)余量損耗。 通常在設(shè)計(jì)中， 一般會(huì)考慮到共用性，設(shè)計(jì)時(shí)以最大容量為基礎(chǔ)，因此 用戶油泵電機(jī)設(shè)計(jì)的容量比實(shí)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)。 四． 變頻器的節(jié)能原理及控制系統(tǒng)（見附圖二） 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(shí)時(shí)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(gè)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?yàn)楣β室驍?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?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(dòng)節(jié)能 由于原電機(jī)為直接啟動(dòng)或 Y/ △啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于 （3-7） 倍額定電流，這樣會(huì)對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)增加電網(wǎng)容量要求，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值被限制在變頻器設(shè)置的加速中電流限幅水平以內(nèi)，一般不超過 1.7 倍額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對電網(wǎng)容量的要求，延長了設(shè)備和模具的使用壽命。 五． E520系列注塑機(jī)專用變頻器的特點(diǎn) • 高節(jié)電率，節(jié)電效果保證在 30% ～ 70%。 • 注塑機(jī)原有控制方式及油路不變，無須對注塑機(jī)原有結(jié)構(gòu)和控制方式做變動(dòng)， 只需在原油泵主電機(jī)接線處串入變頻節(jié)能控制器，并對流量、壓力比例控制線做適當(dāng)接入切換并作簡單調(diào)試即可完成。 • 采用 “市電／節(jié)能運(yùn)行”轉(zhuǎn)換控制方式，并保留注塑機(jī)油泵電機(jī)原有Y－△啟動(dòng)及運(yùn)行線路不變，確保萬一變頻節(jié)能控制器發(fā)生故障檢修或是注塑加工件周期過短時(shí)仍能切換到“市電”狀態(tài)工作以保持正常生產(chǎn)。 • 與注塑機(jī)同步運(yùn)行，調(diào)試完成投用后無需任何調(diào)節(jié)；即使更換模具和改變加工參數(shù)，均無需對變頻節(jié)能控制器進(jìn)行調(diào)整。 • 改造后注塑機(jī)液壓油發(fā)熱明顯降低，一般比改造前平均油溫降低 15～20℃以上；液壓油使用壽命可得到延長；注塑機(jī)冷卻用水量可節(jié)省30％以上。 • 對整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)功能，（ 1 ）、變頻器自身的保護(hù)；（ 2 ）、對電機(jī)的保護(hù)；如：電流限制、過載、輸出短路或輸出接地等（ 3 ）、對因誤操作引起的機(jī)械損傷進(jìn)行保護(hù)；如：未到熔融溫度強(qiáng)行溶膠引起火箭頭、炮筒、螺桿或溶膠馬達(dá)的損壞等。 • 注塑機(jī)運(yùn)行噪音明顯降低，開、鎖模振動(dòng)減輕，延長設(shè)備和模具的使用壽命，改善工作環(huán)境；用電功率因數(shù)提高，油泵主電機(jī)平滑啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)無大電流沖擊并可減少配電設(shè)備容量。 • 延長油路密封組件的使用壽命，減少停機(jī)維修幾率，節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)用。 • 注塑件加工周期越長，節(jié)能效果越好； 六． 改造案例 根據(jù)大量的現(xiàn)場測試，一般注塑機(jī)油泵電機(jī)在市電運(yùn)行情況下因各工序所耗功率不同，實(shí)際所耗的總功率大概為電機(jī)額定功率的 50-70% 之間，而用變頻改造后可在此基礎(chǔ)上節(jié)省 20%-60% ，節(jié)電效益隨單機(jī)使用時(shí)間增長而增長。 案例一 深圳龍崗某電子廠 注塑機(jī)為：臺(tái)灣贊揚(yáng)公司的 CY-250 系列，電機(jī)功率為 3.7KW ， 變頻改造具體情況如下表： 從上表分析可知，工頻運(yùn)行時(shí)平均每小時(shí)用電量為 2.58KWh ，變頻運(yùn)行時(shí)平均每小時(shí)用電量為 1.4KWh ，當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)是 0.75 元每度，按每天平均工作 20 小時(shí)，每月工作 28 天計(jì)算得： 節(jié)電率為 = （ 2.58-1.4 ） /2.58 = 45.7% 工頻運(yùn)行是每年電費(fèi)為： 2.58 ╳ 20╳28╳12╳0.75=13003.2元 變頻運(yùn)行是每年電費(fèi)為： 1.4 ╳ 20╳28╳12╳0.75=7056元 每年節(jié)省電費(fèi) 5947.2元 案例二 （廣州某電池 / 塑料盒生產(chǎn)企業(yè)） 一臺(tái)臺(tái)灣產(chǎn)全自動(dòng)設(shè)備注塑機(jī)，使用 E520-4T0550系列（55KW）的注塑機(jī)專用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造，現(xiàn)場調(diào)試記錄數(shù)據(jù)如下表： 七．結(jié)束語 根據(jù)長期以來對使用廠家的回訪與觀察，一致反映使用四方變頻改造以后的注塑機(jī)不但為客戶節(jié)省了電能，而且運(yùn)行可靠平穩(wěn)，保護(hù)功能強(qiáng)，同步控制準(zhǔn)確，操作簡單方便，充分滿足了注塑成型工藝要求，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。同時(shí)降低壓力油油溫，延長密封元件的使用壽命，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，贏得了用戶的滿意效果。