淺談注塑機的變頻運行
Discussion on application of the inverter in plastic machinery
臺州富凌機電有限公司
Liu wenbing Zhong zhibiao
摘 要：以具體的實際工作經驗，闡述了注塑機的特點、注塑機專用變頻器的節能原理，重點介紹了富凌DZB系列變頻器的特點，現場調試及應用情況。
關鍵詞：變頻器 節能 現場調試
Abstract: With the author's resourceful experience, the characteristics of molding machine during injection process are introduced, and the principle of energy saving in the inverter .the Fuling DZB inverter's characteristics, the spot to try, Apply the circumstance is also presented.
Keywords: Inverter Energy saving the spot to try
1、 引言
塑料機械是塑料工業發展的重要支柱，它為塑料行業提供了先進的技術裝備，它的發展是塑料工業發展的基礎，也受塑料工業發展的影響。從世界范圍看，塑料機械的三大類品種依次是注塑機、擠出機：擠出生產線和吹塑機，它們占了塑料機械總產值的80%以上，其中注塑機占這三類機械總和的一半以上。筆者從切身經歷就注塑機的變頻運行，從其特點及現場應用作一個簡介。
2、注塑機系統工作簡介
要作好注塑機變頻器得首先從注塑說起。注塑過程一般分為以下步驟：鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開模頂針。每一動作的完成都有時間、壓力、速度、位置等幾個參數的精妙配合，也就是說在某一位置的位移都有相應的壓力和速度，且在不同的位置和時間內其壓力和速度都是可變的。同時每一動作完成后發出終止信號傳送給程序控制器，程序控制器收到信號后才發出執行下一動作的指令。此外注塑機系統本身還存在一些弱點：第一、注塑機動作內部有著十分劇烈的突變過程：如鎖模過程中，快速鎖模→慢速低壓護模→高壓高速鎖模的工況突變就很劇烈的；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劇烈的，對機器的沖擊都十分的大，影響了整個注塑系統的壽命。第二、動作油路制動達不到設計的精度，油路制動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，因大多數注塑機都沒有死循環控制，閥的開閉精度就會大打折扣，尤其是閥的開閉程度在10%以下和90%以上時，動作的重復精度和穩定性都是極差的，某一動作在此狀態下被執行很難保證其穩定性和重復精度。第三、執行動作的油缸本身有油封破損，有內泄現象，執行動作的可靠性和穩定性不高。這是由于多數時間內，負載的實際耗油量均小于油泵的供油量，造成高壓狀態下的液壓油部分經溢流閥、比例閥等液壓元件溢出。該溢流部分不僅未作任何有用功，而且產生熱量，造成液壓油發熱，既耗能，又有害。采用注塑機的變頻運行，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統的精度和穩定性，減少了巨大的機械沖擊，延長了系統使用壽命，又能夠節約大量的電能。
3、注塑機的變頻運行：
3.1、 變頻運行節能的基本原理
傳統的注塑機是采用定量泵供油的，注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求也不一樣，它是通過注塑機的比例閥采用溢流調節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，而由于執行動作是間隙性的，也并不可能是滿負載的，因此定量供油就有很大的浪費空間，據實測至少有50%左右。變頻節能正是針對這一浪費空間，根據注塑機發出的各個動作信號，適時適量調整各個動作所需的馬達轉速(即流量調節)，讓泵出的油量剛好能滿足動作的需要，而在非動作狀態時讓馬達停止下來，這樣節能空間就進一步地增大了，故對注塑機進行節能改造能夠帶來巨大的節能效果。
3.2、 DZB系列注塑機專用變頻器的現場運行
3.2.1、DZB系列注塑機專用變頻器的原理框圖，如圖1。
3.2.2、DZB系列注塑機專用變頻柜的主線路圖，如圖2。
3.2.3、 變頻器的安裝：
DZB系列注塑機專用變頻器采用柜式結構。所以安裝十分簡單，除了通常的三根線輸入、三根線輸出以外，變頻器的接地也十分重要，必須安全可靠。注塑機的流量信號、壓力信號需接至變頻器內部的（0～1A）專用信號接口。
3.2.4、變頻器的調試：
(1) 加減速時間的設置：變頻器為了滿足節能的目的，控制馬達隨反饋量的變化適時調整電動機的轉速。因其加減速必須有一定的時間，若加速時間設定過長，會影響動作的響應速度，導致某些動作緩慢甚至無法完成；加速時間過短，會導致系統加速時過電流等，變頻器就可能會頻繁地進行過載保護，故此時間的設置應適當才能保證變頻器的正常使用，又不至于影響生產。減速時間的設定也是如此，過長會影響動作響應及節能效果；過短會出現直流母線過電壓、過電流，變頻器同樣會進行保護。富凌變頻器的加減速時間設定范圍寬，從0.1～999.9秒之間可任意設置，調試人員可根據具體的工況設置，如有特殊工況可采用能耗制動。
(2) 過載保護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的連續性。一般來講，過載保護是衡量變頻器可靠性的重要指標，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，呈反時限特征。一般的通用變頻器的過載保護設置為150% 1分鐘。而富凌注塑機專用變頻器的過載能力強，其過流保護拓寬到額定電流的180% 1分鐘；短路保護電流也設計為額定電流的300%。
(3) 過壓失速的功能選擇和過壓保護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。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，此時電機向變頻器回饋電能，造成變頻器直流母線電壓升高，富凌變頻器由于其內部采用自激式開關電源，工作電壓范圍寬，為額定電壓的±20%，當然由于電機處于發電狀態所回饋的能量也只有超過額定工作直流電壓的20%以后才會過壓保護。
以上這些功能參數的選擇和設定直接影響到變頻器本身的性能及與注塑工況的匹配性，若選擇或設定不當，變頻器就可能處于頻繁的保護，注塑機的正常生產就會受到影響。除此之外， DZB系列變頻器還有一些特點：（1）采用西門子第三代大功率模塊IGBT作為主要控制器件。16位電機專用微電腦處理器，采用最新的空間電壓矢量調制方式（SVPWM）以實現對電機的精確控制，噪音小，低速高轉矩輸出。（2）采用先進的載波頻率隨機自動調節方式，（即：在啟動時，變頻器采用低載波頻率高轉矩輸出，在運行過程中則采用高載波頻率靜音化運行，當工作溫度變高時則降低載波頻率以減少開關器件的損耗）從而實現電動機最優運行。（3）外控端口，可實現軟件編程，功能齊全，提高了廣泛的適用性。（4）保護功能齊全，其中短路保護采用Vce電壓檢測短路保護+電流超值短路保護，雙重保護更加可靠。（5）具有先進的注塑機專用輸入接口（0～1A）（即：流量信號、壓力信號），可實現全程自動跟蹤控制，操作極為方便。（6）工變頻轉換靈活，為了確保生產的長期正常運行，原有的工頻運行不變，在DZB系列注塑機專用變頻器的控制柜上可以方便的相互切換。這些特點都對注塑機有很大的好處。
4、市場前景分析：
隨著塑料制品的廣泛應用及其產量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機械等行業的重要技術裝備，需求量激增，塑機行業已成為21世紀我國經濟發展中的朝陽產業隨著我國塑料工業的發展，塑料機械工業近幾年來的增長率都在30％左右，是增長最快的產業之一。2001年我國塑機行業工業總產值81億元，利潤5.9億元，利潤率增長遠高于工業總產值的增長。2001年塑機工業總產值為1995年的2.3倍，而利潤率則為1995年的4.5倍。在全國機械工業的194個行業中，塑機行業的主要經濟指標均居前列。
塑料加工工業良好的發展前景仍將是我國塑料機械制造工業高速發展的源動力，預計2001-2010年，我國對塑料機械需求量的年均增長率為6%左右，預計至2010年為145億元。也就是說，我國塑機行業的發展潛力很大，后勁很足。在我國塑料工業長遠規劃中，2000-2005年塑料制品的年均增長率約為10%，2006-2015年的年均增長率將達到8%。即到2005年塑料制品的產量將達到2500萬噸，預計2015年塑料制品總產量翻一番，達到5000萬噸。
五、結語：
寧波三和公司從我公司購買注塑機專用變頻器十多臺，節能效果十分明顯，其中最少的也有40%，平均達52%之多。同時操作方便，深受其公司領導和操作人員的歡迎。隨著塑料制品的廣泛應用及其產量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機械等行業的重要技術裝備，需求量激增，塑機行業已成為21世紀我國經濟發展中的朝陽產業。當然注塑機專用變頻器也將隨著成功應用的典范的增多，必將深受更廣大的客戶所接受。富凌變頻器作為我國變頻器行業的一支生力軍，她必將為我國的變頻事業和塑料工業做出新的更大貢獻。
參考文獻：
臺州富凌機電有限公司.《DZB系列變頻調速器使用說明書》
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