一、序言
对于塑料制品行业来说,电耗是其生产成本的主要部分,而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一,因此降低注塑机的能耗成为注塑行业降低成本、提高产品市场竞争力的有效途径。
目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机,液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期的过程中,注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同,必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力。液压系统的负荷变化很大,由于定量泵不可调节输出功率,因此多余的能量只能在挡板、油路泄露、油的温升中消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损,又造成油温过高,电机噪音过大,以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计中,用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多,存在“大马拉小车”的现象,造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置在注塑机上的应用,对于减少能源浪费具有重要意义。
二、变频调速节能装置的节能原理
1、变频节能
由流体力学可知,P(功率)=Q(流量)×H(压力),流量Q与转速n的一次方成正比,压力H与转速n 的平方成正比,功率P与转速n的立方成正比,Q/Qc=n/ nc,H/Hc= (n/ nc)2,P/Pc=(n/ nc)3,式中:Qc----油泵的额定流量,Hc—--油泵的额定压力, Pc—--油泵电机的额定功率,n----油泵电机的额定转速。由上述公式可知,如果油泵的效率一定,当要求调节流量Q下降时,转速n可成比例下降,此时油泵的轴输出功率P是成立方关系下降。即油泵电机的耗电功率P与其转速n近似成立方关系。例如:某注塑机油泵电机额定功率为55KW,则当转速下降到原来的4/5时,其耗电量为28.16KW,省电48.8%;当转速下降到原转速的1/2时,其耗电量仅用6.875KW,省电87.5%。
2、动态功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是因为功率因数的降低导致电网有功功率的降低。由公式S2=P2+Q2,Q=S*SINФ,P=S*COSФ,其中:S----视在功率,Q----无功功率,P----有功功率,COSФ----功率因数,可知,当COSФ越大,有功功率P越大。普通定量泵注塑机COSФ值在0.6-0.8之间,而使用变频器调速节能控制装置后,由于变频器内滤波电容的作用,使得COSФ≈1,从而减小了无功损耗,增大了电网的有功功率。
3、软启动节能
由于电机为直接启动或Y/Δ启动,启动电流等于(3-7)倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和模具的使用寿命。
三、注塑机节能改造原理
1、注塑机成型的工艺过程(如图一所示)
注塑机主要用于热塑性塑料的成型加工。注塑机成型工艺是一个按照预定的周期性动作过程,即以合模--射嘴前进--射胶--保压--溶胶、冷却--开模--顶出制品--顶杆退回—合模等加工工序达到某件产品成型。注塑机通常采用液压传动,其结构包含注射装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置,后者的作用是保证注塑机按工艺过程以预定每个工序的要求(压力、速度、温度、时间、位置)和动作程序准确有效地工作。
在传统的注塑机中,液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成,其中,油泵是定量油泵,电动机通常提供额定功率和转速,油泵将电动机所输入的机械能转变为压力能,然后向液压系统的液压元件输送具有一定压力和流量的液压油,满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。
图一:注塑机工序图和能耗对照图
2、变频调速节能装置的控制系统
根据注塑机的工艺要求,利用注塑机电脑的同步控制信号及电气控制,从注塑机的压力电磁比例阀和流量电磁比例阀分别取出0-1ADC的模拟电流信号,直接加在变频器专用的输入端,从而改变变频器的输出频率,即改变油泵电机的转速,来改变油泵电机的输出流量Q,满足注塑机在各个工序中所需的油压大小和流量速度,将传统的定量泵转变为变量泵。
变频调速节能装置的控制系统方框图如下(图二)
图二:变频调速节能装置控制系统方框图
四、2860系列注塑机节能一体柜简介
该2860系列注塑机节能一体柜所具有优越的特点:
1.采用先进的数字微电脑控制(DSP),使普通注塑机定量泵和节能柜一起组成高效的节能型定量泵。
2.注塑机液压系统与整机运行所需功率匹配,无高压节流溢流能量损失,节电率高达20%--60%。
3.过载能力强:150%额定电流3分钟,200%额定电流5秒钟。
4.简单的安装和超强的防护,与注塑机同步运行,无须任何调节。
5.体积小,安装方便,人性化结构设计,结构紧凑,外形美观。
6.全封闭独立风道设计,防尘、防气、防腐蚀、环境适应能力强。