易驱变频器在注塑机上的节能改造应用

ED2003系列变频器在注塑机上的节能改造应用


一、注塑机运行现状及特点
随着中国WTO的加入，中国工业在今后一段时间内将有一个飞速发展的良好机遇，作为制造业中的注塑行业将首领风骚，特别是在江、浙，及福建，广东的沿海地区聚集了几万家的注塑厂家，作为竞争性很强的行业，成本成了一个突破的瓶颈，在成本构成中，电费占了很大的比例，而现在绝大多数比例的厂家用的全是定量泵注塑机，电能浪费非常严重，因此如何有效地节能降耗也就成了迫切需要解决的问题。
注塑机的工艺过程一般分为：锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个机械阶段，各阶段需要有不同的工作压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态，现有注塑机绝大部分为定量泵的液压系统，其油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称高压节流。高压节流效率一般为60%~70%，能量损失为30%~40%。同时，由于液压油长期的全速循环流动，与液压件，机械件的剧烈磨擦，造成油温过高，噪音过大，机械寿命缩短等现象的产生。工艺过程如下简图：


注塑成型工况的特点：
第一、 每一个动作的完成都有时间、压力、速度和位置等几个参数的配合，也就是说某一位置的位移都必须有相同的压力和速度，且在不同的位置和时间内其压力和速度又是可变的。
第二、 注塑机的执行是程序化的，也就是说，某一动作完成后必须要将其终止信号传送给程序控制器，程序控制器收到信号后才会发出执行下一动作的指令，而在每个信号的交换与确认之间一定有一个信号传送和终止时间，这个终止时间循环往复不规律地周期动作内出现，就会让注塑机处于复杂变化之中，尤其是变频工作，信号的起、停会造成变频器的起、停，这样对变频器是一个大的考验。
第三、 动作内部的突变也是其工况特点，如在锁模过程中，快速锁模—慢速低压护模—高压高速锁模的工况突变是很剧烈的，又如在注射过程中，慢速注射—快速—慢速—快速—慢速的射交过程工况也是很严峻的。
第四、 成型工艺的状况随注塑机太、模具、原材料性能等因素的变化，其工况可能会变的极其严峻。



一、 节能原理
传统注塑机采用定量泵供油，在额定的转速下供油量不变，而注塑过程的各个动作对速度和压力的要求不一样，通过注塑机的比例阀采用溢流调节的方式将多余的油旁路回油箱，在整个过程中，马达的的转速是不变的，故供油量也是固定的，而执行的动作是间隙性的，也并不是满负载的，因此定量供油就有很大的浪费空间，据实测至少有50%左右。变频节能器就是针对这一浪费空间，根据注塑机发出的各个动作信号，适时适量调整各个动作所需的马达转速（即流量调节），让泵出的油量刚好能满足动作的需要，而在非动作状态时让马达停止下来，这样节能空间进一步增大了，所以对注塑机改造能带来巨大的节能效果，如下运行示意图：


变频运行就是在工频运行的基础上加上红虚线框部分（变频控制系统）
三、节能改造后的效果
（1）、在工、变频方面比较，在不改变注塑机和变频器参数的前提下，射出成型品的品质方面无影响，周期在变频工作时会慢0.3~1.2S（变频器的功率越大，产品工况越复杂，周期就会相应的增加）；在射出的稳定性和重复精度方面，变频状况较工频状态稳定，因为变频状况注塑机压力油温可降至35~40℃，在此状况下的油温能保证液压执组件的重复精度和稳定性，压力油的使用寿命也会延长，也减轻了中央运水系统的负荷，油温较工频状态降低15~18℃。
（2）、增加了公司电力系统的装机容量。电力系统本身预留一定的容量供用电设施启动用，工频状况下马达采用星三角形降压延时启动，此时启动电流是电机额定电流的4~7倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网产生很大的冲击。为经得起冲击，只有加大系统的容量。而采用变频器时启动马达属于软启动，只需在额定电流下就可以启动，且启动平滑无冲击，这样可以减小启动时对电网的冲击，从另外角度增加了系统的装机容量。
（3）、变频状态下工作时有很强的保护功能。变频器保护可有以下三方面：a、保护变频器本身，
b、可以保护马达，c、可保护注塑机免受错误操作。在此保护功能下，可以保证注塑机在标准的系统压力和系统速度下工作。如所执行的动作需要的压力和速度超过系统压力和系统速度下工作，此时变频器将进入保护状态。比如：未到熔融温度强行熔胶，因注塑机过负载工作，变频器就会通过恒速过流进行保护，如是工频状态下，注塑机可以借助强大的动力，扭断火箭头、炮筒、螺杆或者熔胶液压马达。又比如：超过140bar的锁模压力强行高压锁模，变频器会对超过140bar的锁模力的执行动作进行保护，也就会出现恒速过电流，工频时其锁模力还可大幅度地提高，机械系统将会受到致命的打击。若保证所有执行动作所需的压力都在标准的系统压力和速度之内，变频器就不会保护，对注塑机本身也有很大的好处。
（4）、变频状态下：因马达的转速随不同的动作需求在作剧烈的变化，马达的转速会降低一半以上，而马达散热风扇的排量与马达转速有直接的关系，故散热效果会减低马达温度会较工频状态升高10~13℃。
以下是以宝源450PC机台生产手提电锯外壳（原材料PC+ABS）时，各个动作状态所消耗的电流对比（不含电热功率消耗）。