1、引言 　　 近幾年塑料行業(yè)發(fā)展越來(lái)越迅速，其中注塑行業(yè)也正迎來(lái)一個(gè)飛速發(fā)展的機(jī)遇。但同時(shí)行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)也日漸激烈，各廠家除了重視產(chǎn)品質(zhì)量和品牌外，也越來(lái)越重視生產(chǎn)成本的控制。從注塑機(jī)工藝過(guò)程知道，在注塑成型產(chǎn)品成本中，電能消耗成本占了很大的比例，因而能否有效減少電能損耗，受到了各注塑機(jī)廠家和用戶(hù)的關(guān)注。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的推廣，變頻調(diào)速在傳動(dòng)控制和節(jié)能領(lǐng)域已日漸得到了廣泛應(yīng)用，尤其在泵類(lèi)負(fù)載場(chǎng)合采用變頻控制節(jié)能效果顯著。本文以康沃注塑機(jī)專(zhuān)用型變頻器為例，介紹了注塑機(jī)變頻改造的可行性和改造中常出現(xiàn)的問(wèn)題及相應(yīng)處理方法，并統(tǒng)計(jì)了某注塑機(jī)變頻改造項(xiàng)目的節(jié)電效果及投資成本的回收情況。 　　 2、注塑機(jī)變頻改造可行性 　　 2.1節(jié)能改造的提出 　　 目前市場(chǎng)上的各類(lèi)注塑機(jī)約90%以上采用液壓傳動(dòng)和電液比例控制方式。事實(shí)上，在采用電液閥控（即高壓節(jié)流）控制模式的情況下，注塑機(jī)工作時(shí)存在很大的能量浪費(fèi)。圖1為一般產(chǎn)品的注塑成型的過(guò)程示意圖。 [ALIGN=CENTER] 注塑成型工藝過(guò)程示意圖[/ALIGN] 各個(gè)過(guò)程所需的速度和壓力因不同工藝而不同，即所需的液壓油流量不同，因而注塑機(jī)整個(gè)動(dòng)作過(guò)程對(duì)油泵電機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)變負(fù)載過(guò)程。在定量泵注塑機(jī)液壓系統(tǒng)中，油泵電機(jī)始終以恒定轉(zhuǎn)速提供恒定流量的液壓油，各個(gè)動(dòng)作中相應(yīng)多余的液壓油則通過(guò)溢流閥回流，從而造成電能的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由電液閥控模式造成電能損耗高達(dá)36～68%；根據(jù)注塑機(jī)設(shè)備工藝，油泵電機(jī)耗電占整個(gè)設(shè)備耗電比例高達(dá)65～80%。因此，對(duì)閥控電液模式進(jìn)行節(jié)能改造具有很大的潛力。 　　 2.2節(jié)能改造原理 　　 由泵類(lèi)負(fù)載的工作特性可知，泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，泵電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、H為揚(yáng)程。 [ALIGN=CENTER] 圖2：閥門(mén)控制與變頻控制節(jié)能比較[/ALIGN] 圖2給出了閥門(mén)控制與變頻控制兩種模式下的節(jié)能效果比較。原有注塑機(jī)系統(tǒng)采用閥門(mén)控制，當(dāng)流量由QA減少到QB時(shí)，由于管阻特性，工作點(diǎn)由A點(diǎn)轉(zhuǎn)移B點(diǎn)，消耗的功率與0EBF的面積成正比。若采用變頻控制，這時(shí)因閥門(mén)全開(kāi)，其管阻特性不變，工作點(diǎn)由A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到C點(diǎn)，消耗的功率與0ECH的面積成正比。因此，從圖2中可以看出，采用變頻調(diào)速比閥門(mén)控制更加節(jié)能，且隨著轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)輸出功率成立方關(guān)系減少。這樣，根據(jù)注塑工藝適時(shí)地調(diào)節(jié)油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可達(dá)到節(jié)能的目的。 　　 目前三相異步電動(dòng)機(jī)大多采用變頻調(diào)速，由電機(jī)同步轉(zhuǎn)速公式： 　　 n=60（1-S）f/p 其中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；s為轉(zhuǎn)差率；f為供電頻率；p為極對(duì)數(shù)。 　　 由上式可知，改變電源頻率即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。因此，采用注塑機(jī)比例流量閥及比例壓力閥的控制信號(hào)同步控制油泵馬達(dá)的變頻器，使油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)工作所需的壓力、流量成正比，從而使溢流閥的回流量減到最小，液壓系統(tǒng)輸出與注塑機(jī)生產(chǎn)所需功率相匹配，便可達(dá)到節(jié)能目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其單機(jī)節(jié)電率可達(dá)25～65%。 　　 3、康沃變頻器的應(yīng)用 　　 3.1康沃注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器的特點(diǎn) 　　 康沃注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器（CVF-ZS系列）是在通用變頻器（CVF-G2系列）的基礎(chǔ)上，根據(jù)注塑機(jī)工作特性專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速器。通過(guò)對(duì)閥控電流、電壓信號(hào)的采集，經(jīng)CPU處理后對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)速，從而滿足注塑機(jī)工藝要求。它具有以下特點(diǎn)： 　　 （1） 具有適合注塑機(jī)專(zhuān)用的頻率給定信號(hào)通道 　　 通用變頻器的頻率給定信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為0～10V電壓信號(hào)或4～20mA電流信號(hào)，但注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器則需具有0～1A/10V信號(hào)接收通道。康沃ZS系列變頻器可直接入0～1A電流信號(hào)，而不需要另外加裝信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。 　　 （2） 過(guò)載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快 　　 一般注塑產(chǎn)品的工藝周期相對(duì)較短，從10幾秒到幾分鐘不等。一個(gè)成型產(chǎn)品從開(kāi)模到合模，要求各個(gè)過(guò)程動(dòng)作迅速。采用變頻控制時(shí)，油泵電機(jī)負(fù)載頻繁變化，這就要求變頻器有很強(qiáng)的過(guò)載能力。康沃ZS系列變頻器根據(jù)閥控信號(hào)進(jìn)行快速升降速，加減速時(shí)間可達(dá)0.5～1s。 　　 康沃注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器根據(jù)注塑的工藝要求設(shè)計(jì)，已在海天、震雄等品牌的注塑機(jī)改造中得到了成功應(yīng)用。 　　 3.2變頻改造電路 　　 注塑機(jī)變頻改造時(shí)采用變頻＋工頻控制方式。其控制柜主電路由電度表、ZS變頻器和工頻旁路接觸器等構(gòu)成，控制電路由工頻/變頻切換開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、復(fù)位開(kāi)關(guān)、指示燈等構(gòu)成。 　　 （1） 變頻控制柜主電路 　　 圖3給出了注塑機(jī)變頻節(jié)能改造的主電路圖。圖中，ZD為斷路器，K1、K2、K3為接觸器，SB3為故障復(fù)位按鈕。在改造注塑機(jī)時(shí)仍保留注塑機(jī)原有控制電路中的星-三角轉(zhuǎn)換電路，這樣可方便改造同時(shí)保持注塑原來(lái)的控制特性。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時(shí)可直接切換到工頻運(yùn)行，而不影響生產(chǎn)。 [ALIGN=CENTER] 注塑機(jī)變頻節(jié)能改造主電路圖 [/ALIGN] （2）變頻控制柜控制電路 　　 圖4為注塑機(jī)變頻柜的控制電路框圖。圖中，SB1為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，選用三級(jí)開(kāi)關(guān)；SB2為變頻器啟動(dòng)按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運(yùn)行指示燈；L3變頻運(yùn)行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號(hào)由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運(yùn)行接觸器；KM3為工頻運(yùn)行接觸器。 [ALIGN=CENTER] 注塑機(jī)變頻柜控制電路框圖[/ALIGN] 3.3變頻主要參數(shù)設(shè)置 　　 以康沃CVF-ZS-4T0150變頻器在注塑機(jī)中的應(yīng)用為例，變頻器采用比例流量＋比例壓力兩路信號(hào)控制，主要參數(shù)設(shè)定如表1所示。 　　 表1：CVF-ZS-4T0150的主要參數(shù)設(shè)定 　　參數(shù) 　　設(shè)定值 　　意 義 　　代碼 　　設(shè)定值 　　意 義 　　 　　b-0 　　3 　　注塑機(jī)專(zhuān)用參數(shù) 　　H-11 　　0.5 　　故障恢復(fù)時(shí)間 　　 　　b-2 　　3 　　注塑機(jī)專(zhuān)用設(shè)定 　　S-0 　　2 　　取兩路信號(hào) 　　 　　b-4 　　380 　　電機(jī)額定電壓 　　S-1 　　 0.8 　　 流量比例信號(hào)為主 　　 　　b-5 　　 60 　　 電機(jī)額定電流 　　 S-2 　　 0.2 　　 流量壓力信號(hào)為輔 　　 　　b-6 　　 50 　　 電機(jī)額定頻率 　　 S-3 　　 0.15 　　 最小信號(hào)值1 　　 　　b-7 　　 1450 　　 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 　　 S-4 　　 5.0 　　 最小頻率1 　　 　　L-0 　　 0 　　 恒轉(zhuǎn)矩曲線 　　 S-5 　　 0.8 　　 最大信號(hào)值1 　　 　　L-1 　　 4 　　 低頻轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 　　 S-6 　　 46 　　 最大頻率1 　　 　　L-7 　　 0.7 　　 加速時(shí)間 　　 S-7 　　 0.15 　　 最小信號(hào)值1 　　 　　L-8 　　 0.8 　　 加速時(shí)間 　　 S-8 　　 5 　　 最小頻率1 　　 　　L-26 　　 1 　　 外部運(yùn)行命令 　　 S-9 　　 0.7 　　 最大信號(hào)值1 　　 　　H-3 　　 1 　　 自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行 　　 S-10 　　 46 　　 最大頻率1 　　 　　H-10 　　 3 　　 故障恢復(fù)次數(shù) 康沃第二代注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器在第一代機(jī)型的基礎(chǔ)上，增加了兩路信號(hào)比較、信號(hào)取大等功能，更加滿足注塑機(jī)不同的工藝要求。 　　 4、調(diào)試中常出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法 　　 4.1調(diào)試前注意事項(xiàng) 　　 注塑機(jī)變頻節(jié)能電氣改造相對(duì)比較簡(jiǎn)單。但在改造前應(yīng)詳細(xì)了解注塑機(jī)工況，熟悉注塑機(jī)工藝流程。調(diào)試時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：安裝前查清注塑機(jī)原有電路接線方式，包括主電路和控制電路；仔細(xì)觀察注塑機(jī)工頻運(yùn)行是否正常，油泵馬達(dá)是否經(jīng)常處于過(guò)載狀態(tài)；根據(jù)注塑機(jī)的模具及注塑工藝觀察注塑機(jī)節(jié)電改造的潛能；控制信號(hào)線路注意正負(fù)極性不要接反；信號(hào)線與主回路線要分開(kāi)布線等。 　　 4.2調(diào)試常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法 　　 由于注塑機(jī)工藝的特殊性，在改造中會(huì)遇到各種故障，以下為在注塑機(jī)變頻改造中常遇到的問(wèn)題及處理方法。 　　 （1） 變頻器頻率無(wú)變化 　　 由于變頻器采用注塑機(jī)閥控電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)速，變頻器運(yùn)行后可能出現(xiàn)頻率顯示為0.0（有的變頻器顯示為0）現(xiàn)象，其主要原因包括：信號(hào)極性接反；信號(hào)取錯(cuò)；信號(hào)接線端口與參數(shù)設(shè)定不符；注塑機(jī)輔助電源故障等。出現(xiàn)這種故障時(shí)，應(yīng)先查明注塑機(jī)閥控制的類(lèi)別是電流信號(hào)、電壓信號(hào)還是脈沖控制信號(hào)（部分機(jī)型），及信號(hào)正負(fù)極性是否與變頻器控制端子對(duì)應(yīng)。 　　 （2） 油泵噪音大 　　 變頻器運(yùn)行后有些注塑機(jī)會(huì)發(fā)出異常的噪音，這時(shí)應(yīng)判斷噪聲源在何處，是來(lái)自電機(jī)還是油泵。若為油泵的噪音，則可能原因有：注塑機(jī)液壓油過(guò)少，有空氣吸入；注塑機(jī)濾油器或油路阻塞；注塑機(jī)油泵葉片磨損較嚴(yán)重。遇到該情況應(yīng)先檢查注塑機(jī)油泵，排除故障后方可運(yùn)行。另外，當(dāng)注塑機(jī)處于低速高壓工作狀態(tài)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)油泵噪音異常情況，這時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高速度給定。 　　 （3）溫度控制干擾 　　 另一個(gè)注塑機(jī)變頻器改造中常遇見(jiàn)的問(wèn)題，是改造后注塑機(jī)因干擾不能正常運(yùn)行。注塑機(jī)加熱單元一般采用熱電偶檢測(cè)溫度，這種檢測(cè)元件容易受諧波干擾，從而造成注塑機(jī)溫度顯示和控制不準(zhǔn)確。這時(shí)可從以下方面排除干擾：盡量縮短變頻器與注塑機(jī)電動(dòng)機(jī)之間的連線，動(dòng)力線用金屬軟管套裝，動(dòng)力線與溫度檢測(cè)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(huán)；變頻器可靠接地；或給注塑機(jī)內(nèi)部溫控電偶供電電源加阻容濾波電路，如圖5所示。 　　 [ALIGN=CENTER] 注塑機(jī)溫度干擾濾波電路圖[/ALIGN] 圖中，A+為熱電偶端，B+接溫度控制板，處理時(shí)即在溫度檢測(cè)（熱電偶）線路中對(duì)稱(chēng)地加入以上阻、容元器件以消除干擾。 　　 5、節(jié)能實(shí)例及收回 　　 深圳橫崗鎮(zhèn)某電子廠主要生產(chǎn)吸塵器，其吸塵器外殼采用億利達(dá)E-140品牌注塑機(jī)注塑成型。注塑機(jī)油泵電機(jī)為15kW三相異步電動(dòng)機(jī)，采用康沃注塑機(jī)專(zhuān)用型變頻器CVF-ZS-4T0150進(jìn)行節(jié)能改造。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，其節(jié)能情況如下： 　　 　　耗電量/小時(shí) 　　耗電量kWh/月 　　節(jié)電率 　　月節(jié)電量 　　月節(jié)省電費(fèi) 　　 　　市電運(yùn)行 　　6.6 kWh 　　4065．6 　　36% 　　1478．4 kWh 　　1034．6元 　　 　　變頻運(yùn)行 　　4.2 kWh 　　2587．2 　　 以每天工作22小時(shí)，每月工作28天計(jì)算，每月節(jié)電1478.4KWh，該電子廠所在工業(yè)區(qū)電價(jià)為0.7元/KWh，一臺(tái)變頻節(jié)能控制柜投資為9300元，使用約9個(gè)月后便收回投資。同時(shí)，采用變頻改造后實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，可減少機(jī)械沖擊，并降低液壓油溫等。該廠自去年初改造以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。 　　 6、結(jié)論 　　 隨著變頻技術(shù)的成熟，變頻器在注塑機(jī)改造中日漸得以廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，注塑機(jī)采用變頻控制節(jié)能效果明顯，值得推廣和應(yīng)用