摘要：本文介紹了微能矢量變頻器在變量泵注塑機(jī)上的節(jié)能改造，討論了變量泵注塑機(jī)的控制系統(tǒng)和功能要求及與定量泵注塑機(jī)改造的不同之處。 Abstract: In this paper, applications of WINNER-vb vector control inverter in energy save technical reconstruction for variable injection molding machine are introduced. The control system and function requirements for are provided, andfix quantify injection molding machine reconstruction different way 關(guān)鍵詞：微能變頻器 變量泵注塑機(jī) 節(jié)能改造 Key words: WINNER Inverter; variable injection molding machine ; nergy save technical reconstruction 1、引言 塑料制品加工行業(yè)是輕工行業(yè)中近幾年發(fā)展速度較快的行業(yè)之一，隨著塑膠企業(yè)數(shù)量的增多，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭力成為許多塑料制品廠共同關(guān)心的問題。在加工成本中，電費(fèi)占據(jù)了相當(dāng)大的比例，而數(shù)量眾多的注塑機(jī)是耗電最多的設(shè)備，因此，很多塑料企業(yè)對(duì)定量泵注塑機(jī)進(jìn)行了大量節(jié)能技術(shù)改造來實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能、提高企業(yè)的競(jìng)爭力，但對(duì)于變量泵注塑機(jī)很多企業(yè)包括很多專業(yè)的節(jié)能公司都束手無策，因此對(duì)于市場(chǎng)上存在的大量變量泵注塑機(jī)如何進(jìn)行節(jié)能改造成了眾多塑料企業(yè)關(guān)心的熱點(diǎn)，深圳微能科技有限公司通過對(duì)變量泵注塑機(jī)的深入研究，結(jié)合最新的矢量控制變頻技術(shù)成功的實(shí)現(xiàn)變量泵注塑機(jī)的節(jié)能改造，并且取得了10－20％的節(jié)能效果。 2、定量泵與變量泵注塑機(jī)介紹 1）定量泵注塑機(jī) 目前絕大多數(shù)改造的注塑機(jī)都屬于液壓傳動(dòng)注塑機(jī)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力由電機(jī)帶動(dòng)油泵提供，其液壓油泵為葉片泵，其供油量與油泵的轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)油泵馬達(dá)以50HZ恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油泵的供油量是不變的，所以稱為定量泵。其系統(tǒng)圖如下所示： 如圖一所示：A1：油缸無桿腔活塞面積 F：工作負(fù)載 Q1：工作流量 P1：工作壓力 △p：比例調(diào)速閥兩端的壓力差 Qy：比例溢流閥流量 Pb：油泵壓力，Qb：油泵流量 Vb：油泵排量 n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 如圖一，該系統(tǒng)采用定量泵供油，油泵轉(zhuǎn)速n及油泵排量Vb都不可調(diào)，其油路中的各流量及壓力分別為： 油泵流量Qb＝Vb×n為定值； 油泵壓力Pb由比例溢流閥設(shè)定； 工作流量Q1由比例調(diào)速閥設(shè)定； 工作壓力P1＝F/A1取決于工作負(fù)載F； 一般的注塑機(jī)的生產(chǎn)過程中有下面幾個(gè)環(huán)節(jié)：鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模。注塑機(jī)在不同工序下需要的流量和壓力不同，須依靠流量閥和壓力閥調(diào)節(jié)不同工序所須的流量和壓力，當(dāng)工作所需流量較小時(shí)，油泵供油量大于執(zhí)行元件所需的油量，多余的處于高壓狀態(tài)下的液壓油全部經(jīng)溢流閥回流，大量的能量通過油的溫升消耗掉。這樣既加劇了各種閥門的磨損，又造成油溫過高，而且為了降低油溫，往往還需要額外的冷卻水循環(huán)，造成能量的進(jìn)一步浪費(fèi)。所以一般定量泵注塑機(jī)的改造用變頻器來控制油泵馬達(dá)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)泵出的油量，剛好滿足各個(gè)動(dòng)作環(huán)節(jié)的需要，可以將溢流量控制在最小狀態(tài)，從而節(jié)約了能源。 2）變量泵注塑機(jī) 目前，變量泵注塑機(jī)多采用比例變量泵作驅(qū)動(dòng)元件，屬于典型的容積式調(diào)速系統(tǒng)，相比傳動(dòng)定量泵注塑機(jī)有較明顯的節(jié)能效果。如圖二，該系統(tǒng)由負(fù)載敏感型比例變量柱塞泵、比例溢流閥、比例調(diào)速閥、壓力反饋閥、流量反饋閥等部分組成。 [align=center] 圖二 油路系統(tǒng)原理圖[/align] A1：油缸無桿腔活塞面積 F：工作負(fù)載 P1：工作壓力 Q1：工作流量 △P：比例調(diào)速閥兩端的壓力差 Pb：油泵壓力 Qb：油泵流量 n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 工作原理 （1）系統(tǒng)處于流量控制狀態(tài)時(shí)，油泵壓力Pb大于工作壓力P1且小于塑機(jī)設(shè)定壓力，比例溢流閥將可靠關(guān)閉。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，Pb與P1之間的壓力差△P會(huì)有相應(yīng)波動(dòng)，并使工作流量Q1發(fā)生變化。以上變化通過流量、壓力反饋閥傳遞給變量泵的調(diào)整活塞。活塞隨之推動(dòng)柱塞泵斜盤并改變油泵排量，最終穩(wěn)定泵的輸出流量Qb。由此看出，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓力自適應(yīng)控制，基本上沒有溢流損失，但為了控制工作流量Q1，調(diào)速閥上仍存在一定節(jié)流損失。 （2）系統(tǒng)處于壓力控制狀態(tài)時(shí)，變量柱塞泵的斜盤傾角很小，僅有少量的液壓油流過比例溢流閥，保證形成一定的系統(tǒng)壓力。通過改變比例溢流閥的輸入信號(hào)，就可以得到相應(yīng)的油泵輸出壓力。比起傳統(tǒng)定量泵注塑機(jī)，該控制方式在一定程度上減小了溢流損失。 3、變量泵注塑機(jī)的節(jié)能原理 由上面的介紹我們可以知道，變量泵注塑機(jī)與定量泵注塑機(jī)相比，減少了大量的溢流損失，使得油泵電機(jī)負(fù)載變輕，電流減小，處于輕載狀態(tài)。變量泵注塑機(jī)是從液壓元件的角度出發(fā)，挖掘油路上的節(jié)能改造空間，從而提高了油路系統(tǒng)的工作效率。但受其控制方式限制，該系統(tǒng)不能完全消除節(jié)流、溢流損失。 1） 變量泵注塑機(jī)仍然有浪費(fèi)的空間，從油泵上出來的油仍然要經(jīng)過比例調(diào)速閥和比例溢流閥的的調(diào)節(jié)，在閥門上仍然有一定的功率損失。 2）油泵的電機(jī)速度依然不能調(diào)節(jié)，雖然比起定量泵其負(fù)載輕了很多，但和通過調(diào)節(jié)速度來調(diào)節(jié)油量相比，顯然前者要更耗能。特別是系統(tǒng)處于壓力控制時(shí)，系統(tǒng)需要的壓力很大但是流量很小，而油泵電機(jī)的速度不能調(diào)節(jié)。若油泵的輸出流量、輸出壓力、排量、轉(zhuǎn)速分別表示為Q、P、Vb、n，則油泵的輸出功率N用公式表示為： N = Q＊P = Vb＊n＊P 注塑機(jī)是通過機(jī)械裝置調(diào)整油泵排量Vb的，顯然其可調(diào)節(jié)的線性范圍有限，不能實(shí)現(xiàn)零排量輸出。且任何情況下，電機(jī)都是全速運(yùn)轉(zhuǎn)，有很多無謂的能量損失。 3）油泵電機(jī)的啟動(dòng)仍然是星三角啟動(dòng)，功率因素較低。 4、微能公司節(jié)電系統(tǒng) 微能公司是將矢量變頻技術(shù)應(yīng)用于注塑機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上，通過速度調(diào)節(jié)及壓力PID閉環(huán)控制功能完成對(duì)注塑機(jī)的精確控制。油路上將比例調(diào)速閥人為硬性的將流量調(diào)至最大并保持或者拆除，同時(shí)切斷流量、壓力反饋閥對(duì)變量泵的活塞的控制。改為矢量變頻PID控制維持壓力的恒定，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了壓力自適應(yīng)控制，這樣系統(tǒng)從源頭上消除油路中的節(jié)流及溢流能量損失，使注塑機(jī)獲得最佳的節(jié)能效果。系統(tǒng)如下所示： 工作原理： 當(dāng)油泵流量Qb接近或達(dá)到塑機(jī)的設(shè)定值時(shí)，油路系統(tǒng)進(jìn)入流量控制狀態(tài)，變頻器的輸出頻率與塑機(jī)的流量設(shè)定值成正比。在此過程中，油泵流量Qb＝Vb×n始終與工作回路的需要相適應(yīng)，無需比例閥調(diào)速，也沒有多余流量溢出，可從根本上消除節(jié)流及溢流能量損失。 當(dāng)油泵工作在壓力狀態(tài)下，如下圖所示： 變頻器控制系統(tǒng)配備一塊智能轉(zhuǎn)換卡，變頻器將通過壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控到這一壓力變化，并與塑機(jī)的壓力設(shè)定值做比較。當(dāng)它們差值很小時(shí)，變頻器的智能轉(zhuǎn)換卡會(huì)及時(shí)將變頻器切換到壓力控制狀態(tài)。，啟動(dòng)PID控制并通過PID功能保持系統(tǒng)壓力恒定。此時(shí)，變頻器的輸出頻率將與該壓力差值成正比。因差值很小，變頻器的輸出頻率及電機(jī)轉(zhuǎn)速將迅速降低，油泵僅維持很小的流量輸出，以彌補(bǔ)油路中的各種泄漏損失。 電氣系統(tǒng)圖如下： 微能WIN-PSS-IV變頻器為開環(huán)矢量方式，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，0.5HZ可以達(dá)到150%的額定轉(zhuǎn)矩；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，階躍轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間小于200MS；穩(wěn)速精度為0.5%。通過變頻器的閉環(huán)矢量調(diào)速功能，變頻注塑機(jī)的油泵轉(zhuǎn)速n可實(shí)現(xiàn)0到額定轉(zhuǎn)速之間線性調(diào)節(jié)范圍，尤其是在塑機(jī)待機(jī)及無動(dòng)作情況下（如冷卻階段），電機(jī)及油泵轉(zhuǎn)速可降至0，基本無能耗損失。值得注意的是，油泵在低轉(zhuǎn)速時(shí)的容積效率會(huì)下降，這在一定程度上會(huì)影響了節(jié)電效果。對(duì)此，我們將通過提高變頻器低頻增益的方法來改善這種情況。而且，實(shí)際生產(chǎn)中流量低于20％的情況是極少的，所以油泵轉(zhuǎn)速也不可能出現(xiàn)過低的情況。 5、成本及維護(hù)保養(yǎng)分析 從我公司的在東莞某塑膠廠一些的變量泵塑機(jī)節(jié)能改造實(shí)例來看，對(duì)鎖模力120噸的臥式變量泵塑機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造仍有20%的節(jié)電率。由此可見，變頻注塑機(jī)的節(jié)電率要高于變量泵注塑機(jī)，并對(duì)維護(hù)保養(yǎng)分析如下： 6、結(jié)束語 深圳市微能科技有限公司在多年的實(shí)踐應(yīng)用中積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出在注塑機(jī)械上變頻器應(yīng)用的多種節(jié)能方案，此次又開發(fā)出變量泵注塑機(jī)變頻節(jié)能專用變頻器，必將引領(lǐng)塑機(jī)節(jié)能改造的新潮流。 參考文獻(xiàn)： 1.《WIN-PSS-IV 使用說明書》