注塑機變頻節能

馮地縱

（深圳市珊星電腦有限公司，廣東 深圳 518102）

隨著中國成為世界制造工廠，電力短缺和電價昂貴的矛盾日益突出。企業要想在嚴酷的競爭中取勝，如何加強成本控制已成為企業亟待解決的問題。在大多數企業的成本結構中，注塑機電費是企業成本的重要組成部分，節電已成為企業生存和發展的根本要素，注塑機的變頻改造將使注塑機能夠減少大量能耗，節電效率可達 25%～60%，已成為眾多企業降低運行成本、增強企業競爭力的重要手段。

1 注塑機的工作過程

注塑機注塑過程是一個循環的過程。一個完整的注塑過程是由合模、注射座前進、注射、保壓、冷卻、塑化、開模、頂出制品等程序組成的。在這個連續的過程中，各個階段的所需要的壓力和時間都是不同的，其中：合模過程需要略高壓力，持續時間不長；注射過程需要高壓力，持續時間非常短；保壓過程則需較高壓力，持續時間也不長；冷卻、塑化過程只需低壓力，而持續時間長，約占一個注塑周期的 40%～60%；開模及頂出制品過程所需壓力略高，持續時間不長。

2 注塑機節能的可能性

注塑機除了在注射過程時需要高壓力，其他階段的負荷較輕，尤其是冷卻過程，油泵基本處于卸載狀態，且維持時間較長。傳統的注塑機采用定量泵供油。而注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求不同，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，馬達的轉速不變，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，因此壓力油就有很大一部分被溢流回油箱，據實測約有50%。

3 變頻節能原理

由于液壓注塑機油泵在每個工藝過程中需要的液壓流量不同，有Q＝nq（其Q為油泵流量，n為電動機轉速，q為油泵的排量），因此可采用變頻器控實時檢測來自注塑機控制系統的比例壓力和比例流量信號，適時調整各個工況動作所需的馬達轉速（即流量調節）。而在非動作狀態時（主要是在冷卻狀態），讓馬達停止運行，對注塑機進行變頻節能改造能夠帶來巨大的節能效果。變頻器利用原有的流量與壓力控制信號，它通過注塑機電腦提供同步工作訊號，利用變頻原理改變馬達轉速來改變油泵的輸出流量，在滿足注塑機在各個工作階段所需速度的前提下，降低液壓系統回流，使原有定量泵成為節電型變量泵，節能效率高達25%～60%。

4 注塑機變頻節能的問題和解決

4.1 生產效率降低

在注塑機上加裝變頻器后可實現高效節能。但是變頻器通常通過采樣注塑機電腦的流量和壓力輸出電流來調節電機的運行頻率，當注塑機進行注射時，各工藝段的頻繁切換致使主電機頻繁的處于加減速進程中，電機加減速及油路的速度變化都有一定的響應時間，各工藝段切換的加速響應時間由電機的加速響應時間決定，一般為幾百毫秒，而加裝變頻器前各工藝段切換的加速響應時間由流量閥響應時間決定，一般為幾十毫秒，導致各工藝段切換的速度響應時間延長，使注塑機生產周期時間增加，生產效率降低。突加負載需要壓力立即達到注射要求的壓力，而轉速的上升過程需要一定的加速時間。在這種情況下可能造成注射壓力不夠而無法滿足精密注塑對壓力動態響應速度的要求。

圖1 注塑機專用變頻器

圖1是使用注塑機專用變頻器的注塑機某一射膠工藝段切換時的速度響應圖。變頻器在注塑機生產周期射膠工藝段之間轉換前給出一個電機加速的提前量，實現了電機的提前加速，從而消除在注塑機工藝段之間切換的速度響應時間延遲，有效地解決了注塑機安裝變頻器后生產周期延長、生產效率降低和壓力不夠的問題。

4.2 變頻器對注塑機控制系統的干擾

在注塑機控制系統中，多采用微機或者PLC進行控制，由于變頻器本身是高頻干擾源，產生的傳導和輻射干擾，往往導致控制系統工作異常，變頻器對注塑機電腦的干擾往往是通過電源或變頻器的模擬信號輸入口傳導進入，針對這些情況可采取以下措施，有效地解決這些問題的發生。

（1）對注塑機電腦電源的傳導干擾。在變頻器的輸入輸出端加裝感抗濾波器，可有效抑制共模噪聲對注塑機電腦電源的干擾。

（2）對注塑機電腦輸入、輸出信號的輻射干擾。①變頻器采用良好的接地方式，可有效減少對注塑機電腦輸入、輸出信號的輻射干擾。②注塑機電腦使用金屬外殼，良好接地具有屏蔽功能，能有效地阻止變頻器產生輻射干擾。③注塑機電腦連接線采用屏蔽線，能有效地阻止變頻器產生輻射干擾。

（3）對模擬信號的輸入干擾。①良好的接地。電機等強電控制系統的地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機控制板必須單獨接地。將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的地相連。②采用感抗濾波方法。能有效地抑制變頻器產生的共模噪聲。③用屏蔽方法。使用屏蔽線，有效地抑制變頻器對系統的輻射干擾。