變頻液壓技術在注塑機中的應用

孔藤橋

摘 要：現代科技的進步為注塑機提供了更為人性化、前衛、先進的技術支持。從當前的形勢來看塑機行業正朝向環保、超精密成型、高可靠性、高度自動化、節能方向前進。在變頻技術的支持下，變頻液壓注塑機就此誕生，比如電液復合注塑機。該類型注塑機以液壓泵為對象，在調節液壓泵電機轉速的同時匹配最終流量，達成節能目的。相較于傳統注塑機來說，這種注塑機的噪聲更低、效率更高、能量損失最小。本文將著重研究其原理、狀況以及優點，以供借鑒。

關鍵詞：變頻液壓技術 注塑機 應用

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（b）-0-02

1 變頻液壓節能原理

該技術的節能原理非常特殊，其應用變頻器完成電源頻率調解工作，以此改變電機轉速，最終實現注塑機的液壓系統工作流量、運轉速度控制。此外通過控制液壓泵輸出，使得注塑機能夠得到其所需求的流量。液壓泵實際流量借助變頻器完成控制，能夠在液壓回路阻力不改變的基礎上，利用流量完成工作壓力適應性調節，運轉中可以有效降低液壓閥流量。該系統有著非常復雜、龐大的系統。電機轉速和液壓泵流量的關系非常密切，公式為Q=nq（Q為泵流量、n為電機轉速/q為液壓泵排量）。系統電機轉速公式為n=60f/p（f為電源頻率、p為磁極對數），兩個公式的結合也就是Q=60fq/p=kf（k為比例系數）。當知道確定流量以后，通過該公式就能夠得到對應頻率f=Q/k[1]。該公式可以幫助使用者結合實際需要，有計劃、有目的地完成不同工藝階段的流量轉換，使其變成直接頻率。此時就可以直接利用理論角度的知識解決實際操作頻率問題。液壓泵流量與轉速為正比關系，軸功率與轉速立方同樣也是正比關系。

2 變頻液壓研究現狀

國內對變頻技術的研究主要在于改造原有系統。當前國內已經有很多廠家可以專門生產注塑節能變頻器，實現了注塑機能耗的有效控制。而歐美國家則將目光放在了電液復合注塑機的研究。歐盟就將電壓注塑機作為基本研究項目，并利用變頻驅動進行了注塑機試驗與研制。通過采樣試驗得出，單工作循環中變頻驅動電液注塑機效率可以達到50%以上，該效率遠超普通注塑機一倍以上。

2.1 控制方式

總共包含3種變頻模式：第一種不加編碼器的VVVF方式完成調速與變頻，也就是變頻變壓調速變頻。第二種應用編碼器閉環泛用矢量完成調速變頻。第三種編碼器閉環純矢量完成調速變頻。經過不斷實驗得出第三種方式得到的節能效果與響應特性最好，能夠讓電動機即便處于低速運行條件情況時同樣得到大轉矩。在相同流量與壓力的條件下，響應性能則得到了大幅度提升。種種優勢為注塑機工作效率提供了有利的保障。

2.2 驅動原理

其動力源有兩種驅動原理：第一種普通電動機在變量泵和變頻調速的共同作用下形成動力源。第二種高響應伺服電動機通過驅動定量泵形成動力源。第一種方法進行流量控制時，如果流量小則應用改變泵排量方式控制。如果此時流量超過界限，就會自行改變電機轉速控制。該工作模式最突出的優勢便是噪聲很低，不過突出問題是響應速度相對較慢。第二種原理雖然電機有著較高的成本，不過泵成本則相對較低。此外其最大優點在于電機流量、壓力都可以改變電機轉速，該模式電機過載能力高、響應速度快。不論是哪一種運作模式節能效果都非常突出。

歐美對上述兩種模式都進行了大量實驗，得出了大量的數據，這為注塑機節能的研究和發展提供了重要的幫助。

3 變頻液壓優點

3.1 節能

應用變頻液壓這項技術，能夠從起始階段就有效解決功率匹配節能需求。當注塑機處于無負載、輕載、中載的情況時，變頻動力系統本題的工作能力會遠遠超出傳統控制系統。其能夠有效減少注塑機的能量損失，環節溢流損失、無節流損失等問題。注塑機變頻應用定量泵，定量泵工作效率超過變量泵，因此還有著較高的回路效率。相較于傳統閥控節流，變頻液壓的節能能力可以達到30%～60%。此外還能改善電功率，在降低無功電流的同時，緩解了線路損耗問題。

3.2 安全可靠

注塑機液壓系統非常復雜，這源自于注塑成型本身就有著非常復雜的工藝和范圍比較大的壓力變化。此外不論是速度還是位置方面，注塑機變化都非常的大。變頻技術能夠全面升級、優化調速系統，使調速系統更切合實際需求。轉矩閉環矢量控制在速度傳感器的作用與影響下，可以很好的滿足工藝使用要求。

3.3 噪聲小

注塑機中應用變頻液壓技術能夠實現準確、高效、完美的計算機控制。此時只需應用檢測手段就可以得知執行器運算速度，利用對比方式比較給定速度，掌握二者偏差。該偏差能夠幫助工作人員得到真實、準確的變頻控制信號。目前常用變頻器的配置幾乎都可以滿足注塑機矢量控制需要。變頻技術在使用中能夠根據相關工藝以及注塑機實況自動、合理地選擇所需算法。所以注塑機能夠更好地達成產品質量控制要求。

3.4 油溫低

注塑機變頻系統的定量泵選擇大多會選擇系統要求低、系統相對可靠的變量泵，以此替換成本高、系統要求高的設備。必須強調的是，電機與變量泵大部分情況下的速度都在基礎速度之下。所以可以有效減少系統聲音大小和液壓泵磨損情況。延長了設備壽命，提升了系統可靠性。

4 注塑機變頻系統問題

4.1 低速穩定

如果泵速過低，就會出現自吸力下降的問題，進而引發不充分吸油情況，出現很強烈的噪音與嚴重的流量脈動，這些因素都會影響速度穩定性。此外異步電機低頻運行與低頻力矩不足時的不穩定和逆變器的貯能元件、濾波能量轉換會引發諧振現象，種種因素都是轉速不穩定發生的真實原因。為解決穩定性要求，可通過選擇性能更好的變頻器與泵完成解決。但這種方式成本相對較高。為了控制成本一般會選擇優化控制算法與控制結構，利用軟件補償優化系統的方式改善穩定性和系統動態品質。

4.2 控制精度

對調速精度來說，速度剛度的影響是非常突出的。速度剛度指的是執行器速度不隨負載變化的能力[2]。此外系統慢時變特性同樣也是一項比較重要的原因。比如液壓系統泄漏量、油液粘性、油液溫度都會在時間變化的過程中出現變化，這些因素都會影響系統輸出與調速精度。為了減少這類問題帶給系統輸出的不良影響，就必須從兩個角度進行考慮。第一個角度保障電機轉速在負載變化的過程中不會出現變化。第二個角度為通過減少或是消除液壓系統慢時變特性的方式，緩解甚至是消除其對系統帶來的輸出影響。

4.3 響應速度

系統響應速度對注塑制品生產效率、生產質量的影響是非常突出的。所以響應速度是注塑機系統中最重要的一項性能指標。通過改變電機轉速的方式完成液壓系統流量的控制。因為電機轉動慣量與變頻器過載能力非常有限，而這兩點因素都會影響極速性能，所以變頻控制系統有些時候甚至比傳統控制系統響應速度要更低。為了改善這一情況可以選擇性能出眾的變頻器提高響應速度。高響應電機取代異步電機能夠有效提升響應速度。利用變頻控制系統節能突出、調速范圍大的優勢，保留閥控馬達有著響應快的特點組成復合調速系統能夠有效保障注塑快速性要求。

5 結語

在電機技術、變頻技術日益成熟的今天，液壓控制這項技術獲得了快速發展。通過計算機控制的方式，注塑機生產質量和效率將會得到良好的控制。高響應伺服電動機與矢量變頻器性能的提高會讓其價格逐漸降低，最終得到廣泛的普及。電動控制與變頻控制的注塑機之爭最終會讓二者融為一體，這已經成為今后的注塑機發展方向。未來變頻技術在注塑機中的應用將會得到進一步的發展與普及。

參考文獻

[1] 陳沖.注塑機液壓系統閥控變頻調速節能技術分析[J].工業設計，2016（6）：167，169.

[2] 梅克濤.變頻液壓技術在注塑機中的應用探討[J].南方農機，2015，46（6）：24，26.