一、 注塑機(jī)工作原理
注塑過(guò)程一般分為以下步驟： 鎖?！⑸浔骸勰z加料→冷卻定型→開(kāi)模頂針。每一動(dòng)作的完成都有時(shí)間、壓力、速度、位置等幾個(gè)參數(shù)的精妙配合，也就是說(shuō)在某一位置的位移都有相應(yīng)的壓力和速度，且在不同的位置和時(shí)間內(nèi)其壓力和速度都是可變的。同時(shí)每一動(dòng)作完成后發(fā)出終止信號(hào)傳送給程序控制器，程序控制器收到信號(hào)后才發(fā)出執(zhí)行下一動(dòng)作的指令。此外注塑機(jī)系統(tǒng)本身還存在一些弱點(diǎn)：
第一、注塑機(jī)動(dòng)作內(nèi)部有著十分劇烈的突變過(guò)程：如鎖模過(guò)程中，快速鎖?！俚蛪鹤o(hù)?！邏焊咚冁i模的工況突變就很劇烈的；又如注射過(guò)程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過(guò)程工況也是很劇烈的，對(duì)機(jī)器的沖擊非常大，影響了整個(gè)注塑系統(tǒng)的壽命。
第二、動(dòng)作油路制動(dòng)達(dá)不到設(shè)計(jì)的精度，油路制動(dòng)的開(kāi)閉取決于電磁閥，而電磁閥的動(dòng)作又取決于過(guò)程控制器提供的電壓和電流，因大多數(shù)注塑機(jī)都沒(méi)有死循環(huán)控制，閥的開(kāi)閉精度就會(huì)大打折扣，尤其是閥的開(kāi)閉程度在 10% 以下和 90% 以上時(shí)，某一動(dòng)作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復(fù)精度。
第三、執(zhí)行動(dòng)作的油缸本身有油封破損，內(nèi)泄現(xiàn)象，執(zhí)行動(dòng)作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)時(shí)間內(nèi)，負(fù)載的實(shí)際耗油量均小于油泵的供油量，造成高壓狀態(tài)下的液壓油部分經(jīng)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(chǎn)生熱量，造成液壓油發(fā)熱，既耗能，又有害。采用注塑機(jī)的變頻運(yùn)行，就能很好的解決這些問(wèn)題，既提高了整個(gè)注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減少巨大的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。
二、 注塑機(jī)變頻節(jié)能原理
對(duì)于塑料制品行業(yè)來(lái)說(shuō)，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，因此降低注塑機(jī)的能耗成為注塑行業(yè)降低成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。
傳統(tǒng)的注塑機(jī)是采用定量泵供油的，注塑過(guò)程的各個(gè)動(dòng)作對(duì)速度、壓力的要求也不一樣，它是通過(guò)注塑機(jī)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(gè)過(guò)程中，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是不變的，故供油量也是固定的，而由于執(zhí)行動(dòng)作是間隙性的，也并不可能是滿負(fù)載的，因此定量供油就有很大的浪費(fèi)空間，據(jù)實(shí)測(cè)至少有 50% 左右。變頻節(jié)能正是針對(duì)這一浪費(fèi)空間，實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)自注塑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的比例壓力和比例流量信號(hào)，適時(shí)調(diào)整各個(gè)工況動(dòng)作所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)速 ( 即流量調(diào)節(jié) ) ，讓泵出的流量和壓力，剛好能滿足系統(tǒng)的需要，而在非動(dòng)作狀態(tài)時(shí)（主要是在冷卻狀態(tài)），讓馬達(dá)停止運(yùn)行，這樣節(jié)能空間就進(jìn)一步地增大了，故對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來(lái)巨大的節(jié)能效果。
從電氣原理圖（圖 2 ）可知，工頻與變頻用 SA 及 KM3 、 KM1 進(jìn)行電氣互鎖，確保工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行不能同時(shí)進(jìn)行，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān) SA 在中間位置，即在 0 檔時(shí)，電路不工作； SA 轉(zhuǎn)至左邊，即在 1 檔時(shí)， KM1 得電（變頻運(yùn)行指示燈 HL2 亮），其常閉輔助觸頭先斷開(kāi)，切斷工頻控制回路。 KM1 常開(kāi)輔助觸頭后閉合， KM2 得電吸合。 KM1 、 KM2 主觸頭先后閉合，接通變頻器主電路。此時(shí)如果有運(yùn)行信號(hào)（見(jiàn)圖 3 ：原系統(tǒng)星三角啟動(dòng)切換完，且控制線路選擇到變頻運(yùn)行，即 KM2 線圈得電，這時(shí) FWM-COM 閉合，變頻器運(yùn)行，注塑機(jī)開(kāi)始工作。變頻器根據(jù)注塑機(jī)電腦板給出的壓力及流量信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部處理后，輸出不同的頻率，調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，即：輸出功率與壓力和流量同步自動(dòng)跟蹤控制，故可以大大減輕合模、開(kāi)模的震動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少機(jī)械故障，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命。
當(dāng)檢測(cè)有異常時(shí)， TA-TB 斷開(kāi)，切斷變頻器輸出信號(hào)及輸出回路。 TA-TC 后閉合， HL1 故障指示燈亮。排除故障后，按變頻器故障復(fù)位鍵后，既可繼續(xù)工作。當(dāng) SA 轉(zhuǎn)換至右邊時(shí)，工頻運(yùn)行，即與原系統(tǒng)工作時(shí)一樣，確保變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，不影響生產(chǎn)。
變頻器相關(guān)功能端子說(shuō)明見(jiàn)表 1 ，所使用到的相關(guān)參數(shù)說(shuō)明見(jiàn)表 2 。
三、 KV1100-Z系列變頻器特點(diǎn)
KV1100-Z 系列變頻器是適用于注塑機(jī)節(jié)能與自動(dòng)化改造的專(zhuān)用變頻器，采用優(yōu)良的控制策略使其具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，先進(jìn)的電流限制技術(shù)和硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品具有超強(qiáng)的過(guò)載能力，能保證在負(fù)載頻繁波動(dòng)的情況下，變頻器不跳閘。并具有以下特點(diǎn)：
• 高可靠性
完善的可靠性設(shè)計(jì)方案：如冗余設(shè)計(jì)，降額設(shè)計(jì)等，所有元器件全部采用工業(yè)或軍工等級(jí)，關(guān)鍵元器件全部采用進(jìn)口元件，如三菱 IPM 模塊、 BHC 電容、 IXYS 整流橋等。關(guān)鍵電路全部采用高集成度厚膜 IC ，從而保證整機(jī)的可靠性；
● 高節(jié)電率
保留注塑機(jī)原有控制方式油路不變，采用先進(jìn)的微電腦控制技術(shù)，使定量泵變?yōu)楣?jié)能型變量泵，注塑機(jī)液壓系統(tǒng)與整機(jī)運(yùn)行所需要的功率匹配，無(wú)高壓節(jié)流溢流能量之損失，提高油泵電機(jī)功率因素至 0.96 以上，節(jié)電率一般可達(dá) 25%~65% ，所有投資 6~12 個(gè)月便可收回。
• 軟啟動(dòng)
相比工頻起動(dòng)方式，采用變頻器控制可以減小開(kāi)鎖模震動(dòng)，延長(zhǎng)模具的使用壽命，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)熱量減小，油溫穩(wěn)定，延長(zhǎng)液壓系統(tǒng)的使用壽命，為用戶節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用，由于運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)塑膠制品的品質(zhì)穩(wěn)定性有較大提高。
• 超強(qiáng)的過(guò)載能力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度
KV1100-Z 系列變頻器采用先進(jìn)的控制算法和獨(dú)特的限流技術(shù)，確保在注塑過(guò)程中，能承受起啟停重負(fù)載的沖擊而不跳閘，以確保生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性。高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，最大限度減小制品成形周期的延遲現(xiàn)象。
• 完善的 EMC 設(shè)計(jì)
KV1100-Z 系列變頻器采用完善的 EMC 設(shè)計(jì)方案，內(nèi)部布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用多種 EMI 對(duì)策，確保對(duì)注塑機(jī)電氣系統(tǒng)的干擾減小到最小，保證其工作的穩(wěn)定性。
四、 注塑機(jī)變頻節(jié)能改造案例
⑴ 公司名稱(chēng)：浙江某塑料有限公司
⑵ 注塑機(jī)變頻節(jié)能改造的目的：隨著社會(huì)各行各業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營(yíng)成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，已普遍被人們所認(rèn)識(shí)和接受。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的注塑行業(yè)有如下特點(diǎn)：
• 企業(yè)主要的經(jīng)營(yíng)成本是員工的工資和電費(fèi)；
• 由于企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，塑膠件的加工費(fèi)用越來(lái)越少，電費(fèi)所占成本的比例越來(lái)越多；
• 節(jié)省電費(fèi)、降低成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，是業(yè)內(nèi)眾多經(jīng)營(yíng)者所關(guān)注的問(wèn)題。
⑶ 改造的注塑機(jī)型號(hào)：寧波海天 HTF150
⑷ 注塑機(jī)馬達(dá)功率： 15KW
⑸ 改造車(chē)間：一樓注塑成型車(chē)間
⑹ 改造時(shí)間： 2003/09/02
⑺ 廠家參與測(cè)試負(fù)責(zé)人：劉課長(zhǎng)、陳工
⑻ 生產(chǎn)塑料件：電源插頭
⑼ 成型周期： 32 秒。
⑽ 測(cè)試設(shè)備：三相四線電能表
⑾ 測(cè)試時(shí)間： 2003 年 09 月 02 日
⑿ 測(cè)試結(jié)果：節(jié)電率 48%
從上表分析可知，工頻運(yùn)行時(shí)平均一個(gè)小時(shí)用電量是 10kw/h ；變頻節(jié)能運(yùn)行時(shí)平均一個(gè)小時(shí)用電量是 5.2kw/h ，節(jié)電率 48 ％，效率基本保持不變；浙江黃巖地區(qū)當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)是 0.82 元每度，該塑料制品廠 24 小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，如果以每月工作 30 天計(jì)算。則有：
• 工頻運(yùn)行時(shí)，電費(fèi) / 月 =10*24*30*0.82=5904 元；
• 變頻節(jié)電運(yùn)行時(shí)，電費(fèi) / 月 =5.2*24*30*0.82=3070 元；
• 每月節(jié)約電費(fèi) 2834 元；
客戶在半年左右即可收回成本。
其他案例：
實(shí)例一：浙江金鷹注塑機(jī) 型號(hào)： GEK550 生產(chǎn)洗衣機(jī)配件
實(shí)例二：浙江寧波海豐注塑機(jī) 型號(hào)： HF-240 生產(chǎn)電視機(jī)配件
實(shí)例三：杭州海德注塑機(jī) 型號(hào)： HD400 生產(chǎn)工具框
五、 節(jié)能改造后的測(cè)試
總的來(lái)講，節(jié)能效果是肯定的，節(jié)電率達(dá) 25%-60% ，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
（1）工變頻對(duì)比方面：在不改變注塑機(jī)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(wú)影響，周期在變頻工作時(shí)會(huì)慢 0.3-1.2 秒（變頻器功率越大，產(chǎn)品工況越復(fù)雜，周期就會(huì)相應(yīng)的增加），在射出的穩(wěn)定性和重復(fù)精度方面，變頻狀況較工頻狀態(tài)穩(wěn)定，因?yàn)樽冾l狀況注塑機(jī)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)行件的重復(fù)精度和穩(wěn)定性，壓力油的使用壽命也會(huì)延長(zhǎng)，也減輕了中央運(yùn)水系統(tǒng)的負(fù)荷，油溫較工頻狀態(tài)降低 15-18 ℃。
（2）增加了電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量。電力系統(tǒng)本身預(yù)留一定的容量供用電設(shè)施激活用，工頻狀況下激活馬達(dá)是采用的星三角形降壓延時(shí)激活，此激活電流是電機(jī)額定電流的 4-7 倍，若多臺(tái)大功率的電機(jī)同時(shí)激活，將對(duì)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，故先前的用電容量很大，而采用變頻時(shí)激活馬達(dá)屬軟起動(dòng)，只需在額定電流下就可以激活，且起動(dòng)平滑無(wú)沖擊，這樣可以減小激活時(shí)對(duì)馬達(dá)和電網(wǎng)的沖擊，從另外的角度來(lái)講可以算是增加了系統(tǒng)的裝機(jī)容量。
（3）變頻狀態(tài)下工作時(shí)有很強(qiáng)的保護(hù)功能。變頻器的保護(hù)可從以下三個(gè)方面去認(rèn)識(shí)：第一，可以保護(hù)變頻器本身；第二，可以保護(hù)馬達(dá)；第三，保護(hù)注塑機(jī)免受錯(cuò)誤操作。在此保護(hù)功能下，可以保證注塑機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)速度下工作，若所執(zhí)行的動(dòng)作需要的壓力和速度超過(guò)系統(tǒng)壓力和速度，此時(shí)變頻器就將進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，比如：未到熔融溫度強(qiáng)行熔膠，因注塑機(jī)過(guò)負(fù)載工作，變頻器就會(huì)通過(guò)恒速過(guò)電流進(jìn)行保護(hù)，若是工頻狀態(tài)下，注塑機(jī)可以借助強(qiáng)大的動(dòng)力，扭斷火箭頭、炮筒、螺桿或者損壞熔膠液壓馬達(dá)。又比如超過(guò) 140bar 的鎖模壓力強(qiáng)行高壓鎖模，變頻器會(huì)對(duì)超過(guò) 140bar 的鎖模力的執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)，也會(huì)出現(xiàn)恒速過(guò)電流，工頻時(shí)其鎖模力還可大幅度地提高，這樣機(jī)械系統(tǒng)將會(huì)受到致命的打擊。若保證所有執(zhí)行動(dòng)作所需的壓力和速度都在標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)壓力和速度之內(nèi)，變頻器也就不會(huì)頻繁保護(hù)，對(duì)注塑機(jī)本身也有很大的好處。
（4）變頻狀態(tài)下，因馬達(dá)的轉(zhuǎn)速隨不同的動(dòng)作需求在作劇烈的變化，馬達(dá)的平均轉(zhuǎn)速會(huì)降低一半以上，而馬達(dá)散熱風(fēng)扇的排量與馬達(dá)轉(zhuǎn)速有直接的關(guān)系，故散熱的效果就會(huì)減低，馬達(dá)溫度會(huì)較工頻狀態(tài)升高 10-13 ℃，馬達(dá)溫度會(huì)升到 55 ℃左右。
六、 結(jié)束語(yǔ)
隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)量的迅猛增長(zhǎng)，塑料機(jī)械已成為建材、電子電氣、石化、汽車(chē)、機(jī)械、包裝等行業(yè)的重要技術(shù)裝備， KV1100-Z 注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器應(yīng)用在注塑機(jī)節(jié)能改造上，是行之有效的節(jié)能方法，值得向塑料制品行業(yè)大力推廣。