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一． 塑料行業在國內的發展形勢
現xian在zai人ren們men已yi公gong認ren一yi個ge國guo家jia或huo地di區qu塑su料liao的de人ren均jun年nian消xiao耗hao量liang及ji塑su料liao工gong業ye在zai國guo民min經jing濟ji中zhong所suo占zhan的de地di位wei是shi反fan映ying工gong業ye發fa展zhan與yu進jin步bu的de重zhong要yao標biao誌zhi之zhi一yi。中zhong國guo塑su料liao資zi源yuan豐feng富fu，21世紀初主要合成樹脂年產量達1.4萬噸，排世界第4位。並且中國合成樹脂的產量還在以5%~10%的速度增長。中國又是塑料消費大國，據統計，其年消耗量占世界第二，僅次於美國，而中國的人均消費僅為19kg，在世界排名第32位，是工業發達國家的11%~20%，可見中國的塑料工業還要大發展，塑料機械前景廣闊。根據塑料製品的市場分析，目前中國塑料機械行業產值每年約100億元，而國內市場需求約200億元，還有很大空間，注塑機的需求也逐步由南方向北方擴散，同時也帶將帶動塑料工業關聯產業的發展。
二． 變頻改造在注塑行業發展趨勢
近(jin)幾(ji)年(nian)塑(su)料(liao)行(xing)業(ye)發(fa)展(zhan)越(yue)來(lai)越(yue)迅(xun)速(su)，其(qi)中(zhong)注(zhu)塑(su)行(xing)業(ye)也(ye)正(zheng)迎(ying)來(lai)一(yi)個(ge)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)的(de)機(ji)遇(yu)。但(dan)同(tong)時(shi)行(xing)業(ye)內(nei)的(de)競(jing)爭(zheng)也(ye)日(ri)漸(jian)激(ji)烈(lie)，各(ge)廠(chang)家(jia)除(chu)了(le)重(zhong)視(shi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)和(he)品(pin)牌(pai)外(wai)，也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)視(shi)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)的(de)控(kong)製(zhi)。從(cong)注(zhu)塑(su)機(ji)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)知(zhi)道(dao)，在(zai)注(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)產(chan)品(pin)成(cheng)本(ben)中(zhong)，電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)成(cheng)本(ben)占(zhan)了(le)很(hen)大(da)的(de)比(bi)例(li)，因(yin)而(er)能(neng)否(fou)有(you)效(xiao)減(jian)少(shao)電(dian)能(neng)損(sun)耗(hao)，受(shou)到(dao)了(le)各(ge)注(zhu)塑(su)機(ji)廠(chang)家(jia)和(he)用(yong)戶(hu)的(de)關(guan)注(zhu)。隨(sui)著(zhe)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)的(de)推(tui)廣(guang)，變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)在(zai)傳(chuan)動(dong)控(kong)製(zhi)和(he)節(jie)能(neng)領(ling)域(yu)已(yi)日(ri)漸(jian)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，尤(you)其(qi)在(zai)泵(beng)類(lei)負(fu)載(zai)場(chang)合(he)采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)控(kong)製(zhi)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)顯(xian)著(zhu)。本(ben)文(wen)以(yi)四(si)方(fang)注(zhu)塑(su)機(ji)專(zhuan)用(yong)型(xing)變(bian)頻(pin)器(qi)為(wei)例(li)，介(jie)紹(shao)了(le)注(zhu)塑(su)機(ji)變(bian)頻(pin)改(gai)造(zao)的(de)可(ke)行(xing)性(xing)和(he)改(gai)造(zao)中(zhong)常(chang)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)及(ji)相(xiang)應(ying)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)。
三． 注塑機變頻改造可行性
3.1 注塑機基本概況及成型工藝過程
普通注塑機通常采用液壓傳動，其結構包含注射裝置、開合模裝置、液壓傳動裝置和電氣控製裝置，後者的作用是保證注塑機預定工序的要求（壓力、速度、溫度、時間、位置）和動作程序準確有效地工作。
在傳統的注塑機中液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控製閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油(you)泵(beng)電(dian)機(ji)及(ji)其(qi)它(ta)液(ye)壓(ya)附(fu)件(jian)和(he)管(guan)道(dao)組(zu)成(cheng)，液(ye)壓(ya)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)動(dong)力(li)由(you)電(dian)機(ji)帶(dai)動(dong)油(you)泵(beng)提(ti)供(gong)。其(qi)中(zhong)，油(you)泵(beng)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)是(shi)定(ding)量(liang)油(you)泵(beng)，電(dian)動(dong)機(ji)通(tong)常(chang)提(ti)供(gong)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)和(he)轉(zhuan)速(su)，油(you)泵(beng)將(jiang)電(dian)動(dong)機(ji)所(suo)輸(shu)入(ru)的(de)機(ji)械(xie)能(neng)轉(zhuan)變(bian)為(wei)壓(ya)力(li)能(neng)，然(ran)後(hou)向(xiang)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)的(de)液(ye)壓(ya)元(yuan)件(jian)輸(shu)送(song)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)壓(ya)力(li)和(he)流(liu)量(liang)的(de)液(ye)壓(ya)油(you)，滿(man)足(zu)液(ye)壓(ya)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)驅(qu)動(dong)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)能(neng)量(liang)的(de)要(yao)求(qiu)
注塑機成型工藝是一個按照預定的周期性動作過程，即以合模---射嘴前進---射膠---保壓---溶膠、冷卻---開模---取出製品---將被注塑件放入模具中―合模等加工工序達到某件產品成型。
各(ge)個(ge)過(guo)程(cheng)所(suo)需(xu)的(de)速(su)度(du)和(he)壓(ya)力(li)因(yin)不(bu)同(tong)工(gong)藝(yi)而(er)不(bu)同(tong)，即(ji)所(suo)需(xu)的(de)液(ye)壓(ya)油(you)流(liu)量(liang)不(bu)同(tong)，因(yin)而(er)注(zhu)塑(su)機(ji)整(zheng)個(ge)動(dong)作(zuo)過(guo)程(cheng)對(dui)油(you)泵(beng)電(dian)機(ji)來(lai)說(shuo)是(shi)個(ge)變(bian)負(fu)載(zai)過(guo)程(cheng)。在(zai)定(ding)量(liang)泵(beng)注(zhu)塑(su)機(ji)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)中(zhong)，油(you)泵(beng)電(dian)機(ji)始(shi)終(zhong)以(yi)恒(heng)定(ding)轉(zhuan)速(su)提(ti)供(gong)恒(heng)定(ding)流(liu)量(liang)的(de)液(ye)壓(ya)油(you)，各(ge)個(ge)動(dong)作(zuo)中(zhong)相(xiang)應(ying)多(duo)餘(yu)的(de)液(ye)壓(ya)油(you)則(ze)通(tong)過(guo)溢(yi)流(liu)閥(fa)回(hui)流(liu)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)電(dian)能(neng)的(de)浪(lang)費(fei)。據(ju)統(tong)計(ji)，由(you)電(dian)液(ye)閥(fa)控(kong)模(mo)式(shi)造(zao)成(cheng)電(dian)能(neng)損(sun)耗(hao)高(gao)達(da)36～68%；根據注塑機設備工藝，油泵電機耗電占整個設備耗電比例高達65～80%。因此，對閥控電液模式進行節能改造具有很大的潛力。
3.2 普通注塑工藝中的主要損耗
第一為溢流損耗。隨產品及加工工序不同，各工序所需液壓、流量、壓力不同（見附圖1）。對(dui)於(yu)油(you)泵(beng)馬(ma)達(da)而(er)言(yan)，注(zhu)塑(su)機(ji)在(zai)注(zhu)塑(su)過(guo)程(cheng)的(de)負(fu)載(zai)是(shi)處(chu)於(yu)變(bian)化(hua)狀(zhuang)態(tai)。而(er)泵(beng)的(de)流(liu)量(liang)是(shi)按(an)照(zhao)所(suo)需(xu)的(de)最(zui)大(da)流(liu)量(liang)來(lai)設(she)計(ji)的(de)，其(qi)原(yuan)注(zhu)塑(su)油(you)泵(beng)馬(ma)達(da)以(yi)恒(heng)定(ding)的(de)轉(zhuan)速(su)提(ti)供(gong)的(de)液(ye)壓(ya)流(liu)量(liang)，當(dang)注(zhu)塑(su)機(ji)所(suo)需(xu)的(de)流(liu)量(liang)小(xiao)於(yu)最(zui)大(da)流(liu)量(liang)時(shi)，多(duo)餘(yu)的(de)液(ye)壓(ya)將(jiang)通(tong)過(guo)溢(yi)流(liu)閥(fa)回(hui)流(liu)，這(zhe)一(yi)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)就(jiu)損(sun)耗(hao)掉(diao)了(le)。
第二為節流損耗。當(dang)液(ye)壓(ya)油(you)流(liu)經(jing)閥(fa)的(de)節(jie)流(liu)口(kou)時(shi)會(hui)有(you)一(yi)定(ding)的(de)壓(ya)降(jiang)，這(zhe)就(jiu)是(shi)節(jie)流(liu)損(sun)耗(hao)。由(you)於(yu)方(fang)向(xiang)閥(fa)的(de)節(jie)流(liu)麵(mian)積(ji)比(bi)較(jiao)大(da)，所(suo)以(yi)大(da)部(bu)分(fen)的(de)節(jie)流(liu)損(sun)耗(hao)發(fa)生(sheng)在(zai)比(bi)例(li)閥(fa)上(shang)。同(tong)時(shi)由(you)於(yu)液(ye)壓(ya)長(chang)期(qi)全(quan)速(su)循(xun)環(huan)流(liu)動(dong)與(yu)液(ye)壓(ya)件(jian)機(ji)械(xie)劇(ju)烈(lie)磨(mo)擦(ca)，造(zao)成(cheng)油(you)溫(wen)過(guo)高(gao)，噪(zao)音(yin)過(guo)大(da)，機(ji)械(xie)壽(shou)命(ming)縮(suo)短(duan)等(deng)不(bu)良(liang)現(xian)象(xiang)。
第三為設計餘量損耗。通常在設計中，一般會考慮到共用性，設計時以最大容量為基礎，因此用戶油泵電機設計的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現象，造成電能的大量浪費。
圖一：注塑機工序圖和能耗對照圖
四． 變頻器在注塑機節能改造中的優點
4.1 調速節能
根據注塑機的工藝要求,把總壓閥、低壓閥、一壓閥、二壓閥的開關信號經轉換後加在變頻器的輸入端作為變頻器的頻率給定信號，變頻器通過對其進行實時采樣並通過CPU處chu理li，使shi輸shu出chu頻pin率lv隨sui比bi例li閥fa的de模mo擬ni信xin號hao成cheng線xian形xing變bian化hua，在zai需xu要yao壓ya力li和he流liu量liang較jiao小xiao的de工gong藝yi過guo程cheng中zhong使shi電dian機ji轉zhuan速su降jiang低di，從cong而er降jiang低di電dian機ji的de輸shu出chu功gong率lv，在zai冷leng卻que和he半ban成cheng品pin置zhi入ru過guo程cheng中zhong可ke以yi讓rang電dian機ji停ting轉zhuan，使shi電dian機ji在zai整zheng個ge負fu載zai範fan圍wei內nei的de能neng量liang損sun耗hao達da到dao最zui小xiao程cheng度du。
4.2 提高功率因數節能
無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是因為功率因數的降低導致電網有功功率的降低。由公式S²=P²+Q²，Q=S*SINφ，P=S*COSφ，其中：S-視在功率。Q-無功功率，P-有功功率，COSφ-功率因數。可知，當COSφ越大，有功功率 P越大。普通定量泵注塑機COSφ值在0.6-0.8之間，而使用變頻調速裝置後，由於變頻器內濾波電容的補償作用，使得COSφ≈1，從而減小了無功損耗，增大了電網的有功功率。
4.3 軟啟動節能
由於原電機為直接啟動或Y/△啟動，啟動電流等於(3-7)倍bei額e定ding電dian流liu，這zhe樣yang會hui對dui機ji電dian設she備bei和he供gong電dian電dian網wang造zao成cheng嚴yan重zhong的de衝chong擊ji，而er且qie還hai會hui增zeng加jia電dian網wang容rong量liang要yao求qiu，啟qi動dong時shi產chan生sheng的de大da電dian流liu和he震zhen動dong對dui設she備bei的de使shi用yong壽shou命ming極ji為wei不bu利li。而er使shi用yong變bian頻pin節jie能neng裝zhuang置zhi後hou，利li用yong變bian頻pin器qi的de軟ruan啟qi動dong功gong能neng將jiang使shi啟qi動dong電dian流liu從cong零ling開kai始shi，最zui大da值zhi被bei限xian製zhi在zai變bian頻pin器qi設she置zhi的de加jia速su中zhong電dian流liu限xian幅fu水shui平ping以yi內nei，一yi般ban不bu超chao過guo1.7倍額定電流，減輕了對電網的衝擊和對電網容量的要求，延長了設備和模具的使用壽命。
五． 變頻器節能改造原理
由泵類負載的工作特性可知，泵的流量與轉速成正比，泵的揚程與轉速的平方成正比，泵電機軸功率與轉速的立方成正比,如下述公式所示:
Q2/Q1=N2/N1 ；H2/H1=(N2/N1)2 ；P2/P1=(N2/N1)3
其中Q為流量、N為轉速、H為揚程。
圖2：閥門控製與變頻控製節能比較
圖2給出了閥門控製與變頻控製兩種模式下的節能效果比較。原有注塑機係統采用閥門控製，當流量由QA減少到QB時，由於管阻特性，工作點由A點轉移B點，消耗的功率與0EBF的麵積成正比。若采用變頻控製，這時因閥門全開，其管阻特性不變，工作點由A點轉移到C點，消耗的功率與0ECH的麵積成正比。因此，從圖2中zhong可ke以yi看kan出chu，采cai用yong變bian頻pin調tiao速su比bi閥fa門men控kong製zhi更geng加jia節jie能neng，且qie隨sui著zhe轉zhuan速su的de降jiang低di，電dian機ji輸shu出chu功gong率lv成cheng立li方fang關guan係xi減jian少shao。這zhe樣yang，根gen據ju注zhu塑su工gong藝yi適shi時shi地di調tiao節jie油you泵beng電dian機ji的de轉zhuan速su，即ji可ke達da到dao節jie能neng的de目mu的de。
目前三相異步電動機大多采用變頻調速，由電機同步轉速公式：
n=60（1-S）f/p
其中，n為電機轉速；s為轉差率；f為供電頻率；p為極對數。
youshangshikezhi，gaibiandianyuanpinlvjikegaibiandianjizhuansu。yinci，caiyongzhusujibililiuliangfajibiliyalifadekongzhixinhaotongbukongzhiyoubengmadadebianpinqi，shiyoubengdianjidezhuansuyuzhusujigongzuosuoxudeyali、流liu量liang成cheng正zheng比bi，從cong而er使shi溢yi流liu閥fa的de回hui流liu量liang減jian到dao最zui小xiao，液ye壓ya係xi統tong輸shu出chu與yu注zhu塑su機ji生sheng產chan所suo需xu功gong率lv相xiang匹pi配pei，便bian可ke達da到dao節jie能neng目mu的de。據ju統tong計ji，其qi單dan機ji節jie電dian率lv可ke達da25～65%。
六． 四方變頻器的應用
6.1四方注塑機專用變頻器的特點
四方注塑機專用變頻器（E520係列）是根據注塑機工作特性專門設計的變頻調速器。通過對閥控電流、電壓信號的采集，經CPU處理後對油泵電機進行相應的調速，從而滿足注塑機工藝要求。它具有以下特點：
（1） 具有適合注塑機專用的頻率給定信號通道
通用變頻器的頻率給定信號標準為0～10V電壓信號或4～20mA電流信號，但注塑機專用變頻器則需具有0～1A/10V信號接收通道。四方E520係列變頻器可直接入0～1A電流信號，而不需要另外加裝信號轉換電路。
（2） 過載能力強、響應速度快
一般注塑產品的工藝周期相對較短，從10jimiaodaojifenzhongbudeng。yigechengxingchanpincongkaimodaohemo，yaoqiugegeguochengdongzuoxunsu。caiyongbianpinkongzhishi，youbengdianjifuzaipinfanbianhua，zhejiuyaoqiubianpinqiyouhenqiangdeguozainengli。sifangE520係列變頻器根據閥控信號進行快速升降速，加減速時間可達0.5～1s。
6.2變頻改造電路
注塑機變頻改造時采用變頻＋工頻控製方式。其控製櫃主電路由電度表、四方變頻器和工頻旁路接觸器等構成，控製電路由工頻/變頻切換開關、啟動、複位開關、指示燈等構成。
（1） 變頻控製櫃主電路
圖3給出了注塑機變頻節能改造的主電路圖。圖中，QF為斷路器，KM1、KM2、KM3為接觸器。在改造注塑機時仍保留注塑機原有控製電路中的星-sanjiaozhuanhuandianlu，zheyangkefangbiangaizaotongshibaochizhusuyuanlaidekongzhitexing。caiyonggongpinpanglumudeshiweilezaibianpinqichuguzhangshikezhijieqiehuandaogongpinyunxing，erbuyingxiangshengchan。
圖3：注塑機變頻節能改造主電路圖
（2）變頻控製櫃控製電路
圖4為注塑機變頻櫃的控製電路框圖。圖中，SB為工頻/變頻轉換開關，選用三級開關；SB1為變頻器停止按鈕，SB2為變頻器啟動按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運行指示燈；L3變頻運行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運行接觸器；KM3為工頻運行接觸器。
圖4：注塑機變頻櫃控製電路框圖
（3）變頻主要參數設置
以四方E520係列變頻器在注塑機中的應用為例，變頻器采用比例流量＋比例壓力兩路信號控製，主要參數設定如表1所示。
F0.0=1, F0.1=1,
F0.7=1 F3.19=2
F0.8=0.7, F0.9=1.8,
F3.1=0.12, F3.2=0.76
F3.3=0.12, F3.4=0.70
F3.5=0.5, F3.6=0.5
表1：四方E520係列的主要參數設定
（4）E520係列注塑機專用變頻器的特點
1．與注塑機同步運行，調試完成投用後無需任何調節；即使更換模具和改變加工參數，均無需對變頻節能控製器進行調整。
2．改造後注塑機液壓油發熱明顯降低，一般比改造前平均油溫降低15~20℃以上；液壓油使用壽命可得到延長；注塑機冷卻用水量可節省30％以上。
3． 對整個係統的保護功能，（1）、變頻器自身的保護；（2）、對電機的保護；如：電流限製、過載、輸出短路或輸出接地等（3）、對因誤操作引起的機械損傷進行保護；如：未到熔融溫度強行溶膠引起火箭頭、炮筒、螺杆或溶膠馬達的損壞等。
4． 注塑機運行噪音明顯降低，開、鎖模振動減輕，延長設備和模具的使用壽命，改善工作環境；用電功率因數提高，油泵主電機平滑啟動，啟動時無大電流衝擊並可減少配電設備容量。
5． 延長油路密封組件的使用壽命，減少停機維修幾率，節省大量維護費用。
6． 注塑件加工周期越長，節能效果越好；
七． 調試中常出現的問題及處理方法
7.1調試前注意事項
注塑機變頻節能電氣改造相對比較簡單。但在改造前應詳細了解注塑機工況，熟悉注塑機工藝流程。調試時應注意以下事項：安裝前查清注塑機原有電路接線方式，包括主電路和控製電路；仔細觀察注塑機工頻運行是否正常，油泵馬達是否經常處於過載狀態；根據注塑機的模具及注塑工藝觀察注塑機節電改造的潛能；控製信號線路注意正負極性不要接反；信號線與主回路線要分開布線等。
7.2調試常見問題及處理方法
由於注塑機工藝的特殊性，在改造中會遇到各種故障，以下為在注塑機變頻改造中常遇到的問題及處理方法。
（1） 變頻器頻率無變化
由於變頻器采用注塑機閥控電流信號進行調速，變頻器運行後可能出現頻率顯示為0.0（有的變頻器顯示為0）現象，其主要原因包括：信號極性接反；信號取錯；信號接線端口與參數設定不符；注塑機輔助電源故障等。出現這種故障時，應先查明注塑機閥控製的類別是電流信號、電壓信號還是脈衝控製信號（部分機型），及信號正負極性是否與變頻器控製端子對應。
（2） 油泵噪音大
變頻器運行後有些注塑機會發出異常的噪音，這時應判斷噪聲源在何處，是來自電機還是油泵。若為油泵的噪音，則可能原因有：注塑機液壓油過少，有空氣吸入；注塑機濾油器或油路阻塞；注zhu塑su機ji油you泵beng葉ye片pian磨mo損sun較jiao嚴yan重zhong。遇yu到dao該gai情qing況kuang應ying先xian檢jian查zha注zhu塑su機ji油you泵beng，排pai除chu故gu障zhang後hou方fang可ke運yun行xing。另ling外wai，當dang注zhu塑su機ji處chu於yu低di速su高gao壓ya工gong作zuo狀zhuang態tai時shi，也ye會hui出chu現xian油you泵beng噪zao音yin異yi常chang情qing況kuang，這zhe時shi應ying適shi當dang提ti高gao速su度du給gei定ding。
（3）溫度控製幹擾
另(ling)一(yi)個(ge)注(zhu)塑(su)機(ji)變(bian)頻(pin)器(qi)改(gai)造(zao)中(zhong)常(chang)遇(yu)見(jian)的(de)問(wen)題(ti)，是(shi)改(gai)造(zao)後(hou)注(zhu)塑(su)機(ji)因(yin)幹(gan)擾(rao)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。注(zhu)塑(su)機(ji)加(jia)熱(re)單(dan)元(yuan)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)熱(re)電(dian)偶(ou)檢(jian)測(ce)溫(wen)度(du)，這(zhe)種(zhong)檢(jian)測(ce)元(yuan)件(jian)容(rong)易(yi)受(shou)諧(xie)波(bo)幹(gan)擾(rao)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)注(zhu)塑(su)機(ji)溫(wen)度(du)顯(xian)示(shi)和(he)控(kong)製(zhi)不(bu)準(zhun)確(que)。這(zhe)時(shi)可(ke)從(cong)以(yi)下(xia)方(fang)麵(mian)排(pai)除(chu)幹(gan)擾(rao)：盡量縮短變頻器與注塑機電動機之間的連線，動力線用金屬軟管套裝，動力線與溫度檢測線不要靠近走線；在變頻器近端主回路線纜上加裝電抗器或磁環；變頻器可靠接地；或給注塑機內部溫控電偶供電電源加阻容濾波電路，如圖5所示。
圖5：注塑機溫度幹擾濾波電路圖
圖中，A+為熱電偶端，B+接溫度控製板，處理時即在溫度檢測（熱電偶）線路中對稱地加入以上阻、容元器件以消除幹擾。
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