摘要:變頻器運用于注塑行業(yè)中,節(jié)能已經(jīng)成為不爭的事實,但在運用中仍然存在一些問題,問題的原因表現(xiàn)在變頻器的性能方面,它反應了安裝使用調(diào)試的方法不當,或對注塑成型工況了解不夠,導致變頻器性能與復雜注塑成型工況之間的匹配仍有一段距離,作者本人以具體的實際工作經(jīng)驗,闡述變頻器自身的弱點,注塑成型工藝的工況特征、注塑機本身的弱點,變頻器如何在注塑過程中節(jié)能的原理以及注塑節(jié)能改造的工程技術要求等實質(zhì)性的問題. 關鍵詞:變頻節(jié)能器 注塑成型工藝工況特征 注塑節(jié)能改造工程技術要求 變頻器與注塑機工況的匹配問題 Abstract: The inverter aimed to saving the energy was applied in molding injection industries is factual, improper debug method of assembly or operation and insufficient comprehend in Molding Injection situation will be a problem reflects on the inverter performance, and effects a matching distance between inverter and multi- injection. With the Author resourceful experience, the inverter weakness and the principle of energy saving in injection process is introduced, and the weakness of molding machine during injection process. The substantial problem of energy saving injection requirement is also presented. Keywords: Energy Saving Inverter、Molding Injection Technics Features、Energy Saving Injection Requirements、Matching Problem Between Inverter & Molding Machine 序言 盡管近幾年來,變頻器節(jié)能運用注塑行業(yè)如雨后春筍般的異軍突起,但是真正成功的典范還是屈指可數(shù)的,并且很多的塑料廠家也已經(jīng)試用過兩三個品牌,但他們的結論是否定的,這無疑給節(jié)能安裝公司澆上一瓢冷水,甚至關門大吉.我們承認變頻器運用注塑機的工況是一個嚴峻的挑戰(zhàn)；但也并非不能用,除變頻器本身的性能局限外,最重要的是缺乏變頻器的使用技術,只要突破使用技術瓶頸,注塑行業(yè)的節(jié)能改造工程仍是浩大的,整個珠江三角洲有幾千萬臺注塑機等著您去改造它. 一 我司變頻節(jié)能改造概況 1.公司電力設施狀況: 本司有市電容量7100A,有備用發(fā)電輸出容量5400A,未節(jié)能改造前,因我司電路分布不合理狀況,生產(chǎn)所需供電除市電供電外,還需開啟2臺發(fā)電機提供1000-1200A電流才能滿足生產(chǎn)的需要,若遇停市電,用發(fā)電供應,還差三分之一的缺口. 2.公司用電設施及用電狀況: 本司有30-800PC的注塑機138臺,其中注塑機用電總電流為6000A,除此之外的其它設備需用1500A左右,即總用電量為7600A左右.本司除帶變量泵的進口注塑機外,可進行節(jié)能改造的注塑機有80臺,總馬達功率為2800KW. 3.本司的節(jié)能改造計劃: 因本司電力供應緊張,每月有4-6天會停市電,在停電時需由發(fā)電供應,而發(fā)電供應尚差2100A的缺口,若要用發(fā)電機供電還需要增加兩臺1250千瓦的發(fā)電機組,需投資250萬左右,用發(fā)電機會讓資金投入越來越多,而用變頻節(jié)能的方法則可以在一定時間內(nèi)收回成本.故本司決定做節(jié)能改造.本司先于1999年12月就委托深圳市泰發(fā)興電子有限公司安裝了一臺華為TD-2000-37KW的泛用型變頻器；在后來的兩年內(nèi)有4家節(jié)能公司先后來安裝試機,其間本司投入大量的時間,對各型變頻器節(jié)能效果、運行狀況等多項資料做詳細周密的測試,同時亦應多家節(jié)能器安裝公司的邀請,先后十幾次到其它注塑廠家參觀其它品牌節(jié)能器的使用運行狀況.據(jù)本司的使用測試結果和到其它廠家參觀累積的經(jīng)驗；又恰逢華為公司新推出的高性能向量控制的TD-3000變頻器.故本司于2002年4月份決定做節(jié)能改造,并要求一定要改造成功,（因99年12月份啟用的37KW變頻器,在兩年的使用中能實現(xiàn)無故障運行）,所以我們選用了華為TD-3000的高性能矢量控制變頻器,安裝工程仍由深圳泰發(fā)興公司完成. 4.安裝后的用電狀況: 全廠的用電量由7500A降至了5400A左右,也就是說,若市電停電,本司由現(xiàn)有的發(fā)電機供電也能滿足生產(chǎn)的需要,生產(chǎn)不受停市電的影響.另外原來要開的兩臺發(fā)電機可以不用開了.通過對比每月可節(jié)電50萬度,同時省開2臺發(fā)電機,可節(jié)省發(fā)電費用30萬元左右.這個效果是我們改造前未能預料的；我司對此改造效果非常滿意.通過改造我司的市電裝機容量擴大了近2000A,為我司新的發(fā)展計劃提供了可靠的電力保證. 我司已經(jīng)安裝80臺TD-3000的變頻節(jié)能器,其功率從15千瓦到100千瓦,總改造功率為2800KW,每臺機都能正常使用,到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)任何故障,也沒收到某臺機或者某套模具不適合使用的信息.這種使用狀況就連泰發(fā)興公司的工程技術人員都覺得是不可能的事,但是我們真的做到了. 5.節(jié)能改造后的測試: 總的來講:節(jié)能效果是肯定的,平均節(jié)電達56.2%,并且TD-3000較TD-2000在運行的可靠性方面有了很大程度的提高,運行穩(wěn)定可靠. 1）在工變頻對比方面:在不改變注塑機和變頻器參數(shù)的前提下作比較:射出成型品的品質(zhì)方面無影響,周期在變頻工作時會慢0.3-1.2秒（變頻器功率越大,產(chǎn)品工況越復雜,周期就會相應的增加）,在射出的穩(wěn)定性和重復精度方面,變頻狀況較工頻狀態(tài)穩(wěn)定,因為變頻狀況注塑機壓力油溫度可降至35-40℃左右,在此狀況下的油溫最能保證液壓執(zhí)組件的重復精度和穩(wěn)定性,壓力油的使用壽命也會延長,也減輕了中央運水系統(tǒng)的負荷,油溫較工頻狀態(tài)降低15-18℃. 2）.增加了本司電力系統(tǒng)的裝機容量.電力系統(tǒng)本身預留一定的容量供用電設施激活用,工頻狀況下激活馬達是采用的星三角形降壓延時激活,此激活電流是電機額定電流的4-7倍,若多臺大功率的電機同時激活,將對電網(wǎng)造成很大的沖擊.為經(jīng)得起激活沖擊,只有加大系統(tǒng)的容量.故本司先前的用電容量很大.而采用變頻時激活馬達屬軟起動,只需在額定電流下就可以激活,且起動平滑無沖擊,這樣,可以減小激活時對馬達和電網(wǎng)的沖擊,從另外角度來講可以算是增加了系統(tǒng)的裝機容量. 3）變頻狀態(tài)下工作時有很強的保護功能.變頻器的保護可從以下三個方面去認識:第一,可以保護變器本身.第二,可以保護馬達.第三,可保護注塑機免受錯誤操作.在此保護功能下,可以保證注塑機在標準的系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)速度下工作,若所執(zhí)行的動作需要的壓力和速度超過系統(tǒng)壓力和速度,此時變頻器就將進入保護狀態(tài).比如:未到熔融溫度強行熔膠,因注塑機過負載工作,變頻器就會通過恒速過電流進行保護,若是工頻狀態(tài)下,注塑機可以借助強大的動力,扭斷火箭頭、炮筒、螺桿或者損壞熔膠液壓馬達.又比如超過140bar的鎖模壓力強行高壓鎖模,變頻器會對超過140bar的鎖模力的執(zhí)行動作進行保護,也會出現(xiàn)恒速過電流,工頻時其鎖模力還可大幅度地提高,這樣機械系統(tǒng)將會受到致命的打擊.若保證所有執(zhí)行動作所需的壓力和速度都在標準的系統(tǒng)壓力和速度之內(nèi),變頻器也就不會頻繁保護,對注塑機本身也有很大的好處. 4）.變頻狀態(tài)下,因馬達的轉速隨不同的動作需求在作劇烈的變化,馬達的平均轉速會降低一半以上,而馬達散熱風扇的排量與馬達轉速有直接的關系,故散熱效果就會減低,馬達溫度會較工頻狀態(tài)升高10-13℃,馬達溫度會升到55℃左右 二.節(jié)能器廠家怎樣做好注塑機的節(jié)能改造工作 基于注塑機本身的一些弱點和變頻器本身存在的一些不足疊加在一起,再加之注塑復雜多變的工況,以及原料、模具的一些問題,以及技術員參數(shù)設定的不合理性,使得變頻器運用于注塑節(jié)能上還存在諸多的技術瓶頸問題，那么如何讓變頻器很好地運用于注塑節(jié)能中就成了人們共同關心的問題. 1.如何正確了解注塑成型的工況特點 （1）.注塑成型工況的特點:第一,每一動作的完成都必須有時間、壓力、速度、位置等幾個參數(shù)的配合,也就是說在某一位置的位移都必須要有相應的壓力和速度,且在不同的位置和時間內(nèi)其壓力和速度又是可變的.第二,注塑動作的執(zhí)行是程序化的,也就是說,某一動作完成后必須要將其終止信號傳送給程序控制器,程序控制器收到信號后才會發(fā)出執(zhí)行下一動作的指令,而在每一個動作的交換與確認的過程中一定有一個信號傳送和終止時間,這個終止時間循環(huán)往復不規(guī)律的在周期動作內(nèi)出現(xiàn),就會讓注塑工況趨于復雜變化之中,尤其是變頻工作時,信號的激活與停止會造成變頻器的激活與停止,而變頻器頻繁的啟停狀態(tài)是對變頻器本身的一個考驗.馬達劇烈的加減速度,可能會導致加減速時過電壓、過電流.換句話說,本身注塑機的工況就很復雜多變,而加裝變頻器后,其復雜多變的程度又大大地加深, 以致于有些性能較差的變頻器根本無法適應注塑成型生產(chǎn)的需要.第三,動作內(nèi)部的劇烈突變也是其工況的特點（如鎖模過程中,快速鎖模→慢速低壓護?！邏焊咚冁i模的工況突變都是很劇烈的,又如注射過程中,慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過程工況也是很嚴峻的）.第四,動作與動作之間的轉換使得原本復雜的工況進一步疊加起來.第五,成型工藝的狀況會隨注塑機臺、模具、原料性能等因素的變化,其工況可能會變得極其嚴峻. 以射膠動作為例來說明馬達及變頻器工況的突變性、復雜性（本司生產(chǎn)某產(chǎn)品的射膠參數(shù)） （2）.注塑機本身的一些弱點:第一,動作油制達不到設計的精度,油制的開閉取決于電磁閥,而電磁閥的動作又取決于過程控制器提供的電壓和電流,因大多數(shù)機都沒有死循環(huán)控制,閥的開閉精度就會大打折扣,又尤其是閥的開閉程度于10%以下和90%以上時,動作的重復精度和穩(wěn)定性都是極差的,某一動作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復精度,第二:執(zhí)行動作的油缸本身有油封破損,有內(nèi)泄現(xiàn)象,執(zhí)行動作的可靠性和穩(wěn)定性不高.第三:液壓系統(tǒng)比例輸出的線性差,且精度不高,導致設定值與實際值偏差太大,第四:液壓系統(tǒng)本身內(nèi)泄較大,導致執(zhí)行偏差較大. 2.變頻器節(jié)能的基本原理 傳統(tǒng)的注塑機采用定量泵供油,在額定的轉速下供油量不變,而注塑過程的各個動作對速度,壓力的要求不一樣,通過注塑機的比例閥采用溢流調(diào)節(jié)的方式將多余的油旁路流回油箱,在整個過程中,馬達的轉速是不變的,故供油量也是固定的,而執(zhí)行動作又是間隙性的,也并不是滿負載的,定量供油就有很大的浪費空間,據(jù)實測看來至少有50%左右.而變頻節(jié)能正是針對這一浪費空間,據(jù)注塑機發(fā)出的各個動作信號,適時適量調(diào)整各個動作所需的馬達轉速（即流量調(diào)節(jié)）讓泵出的油量剛好能滿足動作的需要,且在非動作狀態(tài)時讓馬達停止下來,這樣節(jié)能空間就進一步地增大了,故對注塑機進行節(jié)能改造能夠帶來劇大的節(jié)能效果（附圖） 現(xiàn)以寶源450PC機臺,生產(chǎn)手提電鋸外殼時（原料材質(zhì)PC+ABS）生產(chǎn)的各個動作狀態(tài),所消耗的電流對比.（不含電熱功率消耗） 從此對比中可以看出,變頻時各動作的工作電流降低,若此產(chǎn)品所需的冷卻時間和中間時間越長,節(jié)能效果會越好. 3. 變頻節(jié)能器運用于注塑機上時應注意以下參數(shù)調(diào)較 首先,變頻器為了滿足節(jié)能的目的,控制馬達隨動作參數(shù)的變化適時調(diào)整馬達轉速,轉速大幅度的劇烈突變是對變頻器的考驗.因其加減速必須一定的時間,若加速時間設定過長會影響動作的響應速度,導致某些無法完成或者動作緩慢,加速時間過短,會導致動作加速時過電壓,過電流,變頻器會頻繁地進行過載保護,故此時間的設置就應適中才能保證變器的正常使用,又不至于影響生產(chǎn).減速時間的設定也是如此,過長會影響節(jié)能效果,過短會出現(xiàn)直流母線過電壓,過電流,變頻器同樣會進行保護.其原理是:當變頻器指揮馬達執(zhí)行某一高頻運行動作完成后,同時又接受到停機命令,其停機按照設定的減速時間來完成,由于高頻運行的馬達有極大的慣性，當其減速時間過短設置時，馬達轉速超過變頻器輸出的停機速度時,電動機就變成發(fā)電機，直接向變頻器直流母線饋電，變頻器被迫保護.這里所說的加速時間是指變頻器從零頻率加速至變頻器最大輸出頻率的時間,減速時間是指從變頻器最大輸出頻率降至零頻率所需的時間.而華為TD-3000變頻器在這方面做得較好,既可提高反應速度又有很強的過流、過壓能力,從0HZ←→400HZ的加減速時間只需0.3秒,就可完成.這是它能成功運行于注塑機工況上最根本的一點. 其次,過載保護問題也是變頻器的一項基本功能,過載能力的高低直接影響到注塑生產(chǎn)的連續(xù)性.一般來講,其過載保護能力是指變頻器允許注塑機執(zhí)行某一動作時超一定程度的負載,過載能力的強弱與允許過載的時間和允許過載的百分比有關,TD-3000的過載能力指針為150%額定電流時允許過載時間為120秒,180%額定電流時允許過載時間為10秒,假如在執(zhí)行某動作時是超載,并且在允許超載的百分比和保護時間以內(nèi),變頻器仍能保持正常工作,而注塑工藝的某一動作執(zhí)行所需時間超過10秒的不多見.故這種過流的存載能力是能否滿足注塑工藝需要的一個重要參數(shù).在以前我司試用的幾款變頻器,常出現(xiàn)頻繁的過載保護現(xiàn)象,其主要原因就是變頻本身過載能力不強所致. 第三.過壓失速的功能選擇和失速過壓點調(diào)節(jié).這也是變頻器的一個保護功能；若選擇設定不當會影響正常生產(chǎn).這主要是因為變頻器在減速運行過程中由于負載慣性的作用,會出現(xiàn)電機的實際轉速高于變頻器輸出同步速度的情況,此時電機向變頻器饋電,造成變頻器直流母線電壓升高,若不采取措施,可能會出現(xiàn)過壓失速,變頻器會進入保護狀態(tài).而失速過壓點的調(diào)節(jié)是通過過壓失速保護功能,由變頻器在減速運行的過程中通過檢測直流母線的電壓,若超出過壓點,變頻器便停止減速動作,當?shù)陀谶^壓點后再繼續(xù)減速運行,這樣就可避免變頻器頻繁保護.TD-3000過壓點設定范圍120-150%倍額定電壓峰直 第四.失速過流現(xiàn)象也會導致變頻器保護.變頻器運行在加減速過程中,由于加減速時間與電機慣量不匹配或負載突變,會出現(xiàn)電流急升現(xiàn)象,失速過流保護則是通過檢測變頻器的輸出電流,并與失速過流點進行比較,當實際輸出電流達到失速過流點時,停止加減速動作,直到電流低于失速過流點后再繼續(xù)減速.TD-3000過流點有很大的設定范圍,可以設定到200%倍變頻器額定輸出電流 第五.矢量控制功能選擇及調(diào)節(jié):通過設定速度調(diào)節(jié)器的比例增益P和積分時間I,可以改變向量控制的速度響應特性,這個速度響應特性直接影響到注塑成型周期的快慢和執(zhí)行動作的力度.其調(diào)節(jié)的方法是既要加快響應特性,又要避免產(chǎn)生電機振蕩,這可以算是向量控制變頻器優(yōu)于其它泛用型變頻器的一個顯著優(yōu)點,并其高速和低速時的比例增益和積分時間可分開調(diào)節(jié)；可以有針對性地個別調(diào)節(jié). 第六.轉差補償增益,可通過此調(diào)節(jié)來精確地調(diào)整速度控制靜差.有50%-250%倍額定的轉矩電流. 以上這些功能參數(shù)的選擇和設定直接影響到變頻器本身的性能,以及與注塑工況的匹配性,若選擇設定不當,變頻器會處于頻繁的保護,注塑機的正常生產(chǎn)就會被打斷,注塑廠家的技術員就會武斷地給你下一個結論,不適合于注塑成型生產(chǎn).而TD-3000有490項功能供你選擇和調(diào)節(jié),在注塑工況匹配上有很強的適應性,故能成功地使用. 三.塑料廠家如何做好變頻節(jié)能改造工作. 1 如何做好注塑機的節(jié)能工程改造. （1） 選擇一家實力雄厚,售后服務和信譽好的一級代理商,可以從那里得到有品質(zhì)保證和價格公道合理的產(chǎn)品 （2）代理經(jīng)銷商的工程安裝技術人員必須是有經(jīng)過專業(yè)系統(tǒng)的培訓,除了對變頻器的安裝調(diào)試有豐富的經(jīng)驗之外,還必須非常熟練地了解注塑機的性能,程序狀況,以及生產(chǎn)的工藝狀況. （3）必須選擇一個具有品牌的高性能矢量控制變頻器. （4）改造前先深入了解變頻器市埸,對比各品牌變頻器的主要技術參數(shù),選擇適合你公司復雜工況的變頻器；多走訪和觀摹塑料生產(chǎn)同行（已做了節(jié)能改造的廠家）向他們了解使用狀況和使用中遇到的問題. （5）向選定的供貨商提出合理、科學的工程技術要求. 2.塑料廠家對節(jié)能改造效果的基本要求 （1）節(jié)能器的主要的功能是節(jié)能,其效果至少要達到40%以上,但在節(jié)能的同時,不要給注塑生產(chǎn)帶來任何不良的影響,把節(jié)能器只當成是一個可持續(xù)供電的優(yōu)質(zhì)電源. （2）節(jié)能器安裝調(diào)試OK之后,注塑廠家在今后任何模具生產(chǎn)時無須再調(diào)整變頻參數(shù)；要求變頻器初始參數(shù)設定非常優(yōu)化,有適應各種惡劣、復雜、突變的工作范圍. （3）不影響生產(chǎn)周期（工變頻比較相差1秒范圍內(nèi)可接受,因為1秒時間可以通過調(diào)整開合模參數(shù),頂出速度等方面予以追回）要求變器有很強的動態(tài)響應速度，才能達到此目標；這樣注塑生產(chǎn)的產(chǎn)量和效率才不至受影響. （4）要求不影響產(chǎn)品的品質(zhì),并要求品質(zhì)穩(wěn)定,重復精度高.若對生產(chǎn)品質(zhì)有影響或不穩(wěn)定就是100%的節(jié)能效果也會被否定. （5）要求調(diào)整變頻器的性能參數(shù)與該注塑機的性能狀況相匹配,即是工變轉變無須調(diào)整注塑機和變頻器參數(shù),而品質(zhì)保持一致.也就是要求做到工變頻狀態(tài)下注塑機的摸擬輸出和響應速度保持不變. （6）對注塑機的性能和工作程序狀況無影響. （7）對變頻器產(chǎn)生的干擾和高次諧波必進行有效地處理,其干擾不可影響注塑機程控制器的正常工作狀態(tài),高次諧波對電網(wǎng)的沖擊要進行有效的抑制,要求達到國家標準. （8）節(jié)能器的功率型號與馬達型號一定要相吻合,不允許用加大變頻器功率的方法來提高過載能力,只有選擇高性能的變頻器來完成,以免造成投資成本的增加. （9）要求選用的變頻器具有很快的轉矩響應速度和轉矩提升能力,有很強的過流、過壓能力、有失速控制能力. 3.我司是怎樣讓變頻器與注塑機進行完美的結合使用. （1） 我們已經(jīng)有兩年多的變頻器使用經(jīng)驗,同時也試用了幾家變頻器,對變頻器自身的弱點有充分的認識和豐富的使用經(jīng)驗,知道怎樣選擇和設定合理的變頻器功能參數(shù)來滿足復雜的注塑工況需求,讓變頻器有很大的適應范圍, （2） 我們也對注塑機本身的弱點做了全面的剖析,避免本身的不足,主動與變頻器的功能相匹配. （3） 我們對現(xiàn)埸技術人員做了使用方法的培訓,授之以合理參數(shù)的設定方法,讓注塑參數(shù)的設定盡可能避開注塑機和變頻器的弱點. （4）我們對節(jié)能安裝工程公司（深圳泰發(fā)興公司）提出了較嚴苛的工程技術要求.要求選用高性能向量控制的變頻器,要求變頻器的各項技術標準是最高,最新的 上述各項問題的闡述是我在本司節(jié)能改造過程中的一些心得體會,總的來說:注塑行業(yè)的節(jié)能改造工程要達到預期的目標―節(jié)能,運行穩(wěn)定,操作、保養(yǎng)是簡單的,這就得要求有高品質(zhì)的變頻器,有足夠的注塑機和變頻器使用經(jīng)驗,掌握注塑機復雜的工況特征,只有這樣節(jié)能改造才能在塑料業(yè)贏得市場.