注塑機變頻改造中常見故障分析與排除

1 引言

　　近年來，中國注塑行業在市場經濟的驅動下取得了長足的發展。而注塑機是注塑行業的主要能耗設備之一，因此降低注塑機的能耗成為注塑行業降低成本、提高產品競爭力的有效途徑。隨著變頻調速技術的推廣，變頻調速技術在傳動控制和節能領域已日漸得到廣泛應用，尤其在注塑機（泵類）負載場合采用變頻控制節能效果顯著。但在注塑機上安裝、調試、使用變頻器時，經常會遇到一些比較棘手的故障問題，如何保證變頻器的正常運行以及減少變頻器的故障率，已成為我們技術人員必須面對的課題。下面結合筆者多年在注塑機行業節能改造經驗，談談變頻器在注塑機行業應用中遇到的常見故障分析與排除。

2 注塑機節能工作原理

　　在介紹故障處理案例時先簡單的介紹一下注塑機變頻節能原理。在注塑成型的一個周期中：鎖模→射膠→保壓→加料→冷卻→開模→頂針→取料等各動作，對流量和壓力要求是不一樣的，通常射膠和鎖模階段對流量和壓力需求很大，而在冷卻和取料等階段對流量和壓力的需求卻很小，注塑機在變頻改造前，在每個工作周期內油泵的排量基本不變，當負載變小時，實際所需的流量較小，多余的流量通過溢流閥溢流掉，能量損失巨大。

　　注塑機用變頻節能改造后，通過采集注塑機數控系統比例壓力和比例流量信號，自動調整變頻器對應各個動作的電機運轉速度，以使油泵輸出的流量和壓力剛好能滿足成型機系統工作需要，在非動作狀態時(主要是冷卻狀態等)讓電機處于低速運轉狀態，這樣在很大程度上減少注塑成型機的能耗，進而達到節能目的。

3 故障分析與排除

　　3.1 案例一——故障信息：注塑機鎖模死機

　　(1)案例簡介：珠海某塑膠電子有限公司注塑機變頻節能改造項目；設備名稱：海天機械250t定量泵；電機功率：22kw；額定電流：42a；注塑產品：喇叭支架。

　　(2)故障現象：變頻器安裝調試完后，啟動電機出現鎖不了模而死機的現象，變頻器操作面板也沒有顯示故障信息。現場技術員還反映注塑機在鎖模時變頻器已設定最大頻率50hz運行，但還是鎖不了模，注塑機在工頻運行下鎖模正常。

　　(3)故障分析：到現場聽廠家技術員講解說：“該注塑機成型的產品是大功率喇叭支架，成型時設置的比例壓力比一般的模具要高很多，在工頻下運行一天偶爾也會有一兩次鎖不了模。”聽完技術員的這些話，可見排除故障不在注塑機本身，可以從變頻器側入手，拿萬用表測量變頻器輸入電壓350v左右，輸出電壓也才360v左右，可以確認是該廠的電網電壓偏低而引起的故障。

　　有的人可能會想，變頻運行到50hz頻率怎么就開不了模呢？工頻50hz頻率怎么就能開模呢？經過現場實測，在負載、工況不變的條件下，使用工頻50hz電源與變頻50hz電源向電機供電，消耗的功率是不同的，使用變頻后相同的50hz頻率，所提供的功率小于工頻電源提供的功率（約小于10%），因此會出現上述故障現象，這也是實踐的結論。

　　(4)故障排除：針對以上故障信息，我們應該想到變頻器里面的兩個參數“最大輸出電壓和最大輸出頻率”，把這兩個參數中的任一個提高到合理值即可，比如把最大輸出電壓由380v修改成400v或最大輸出頻率由50hz修改成55hz，都可以解決這個鎖模問題。因為輸入電壓我們是不能改變的，但我們可以通過增加變頻器的輸出頻率和輸出電壓來保證設備正常運行。切記兩個參數都不要設置過大，能保證設備正常運行就可以了，設置過大會對電機不利。

圖1 漏電流路徑

3.2 案例二——故障信息：變頻器偶爾報“模擬量輸入異常故障”

　　(1)案例簡介：深圳某實業有限公司注塑機變頻節能改造項目。設備名稱：東華機械150t定量泵；電機功率：15kw；額定電流：29.6a；注塑產品：奶嘴。

　　(2)故障現象：用戶反映：“變頻器安裝好運行一段時間很穩定，由于生產需要更換了另一套模具，這時變頻器工作一段時間后就會報“模擬量輸入異常故障”而停機，按變頻器故障復位按鈕后又能正常運行，過了一段時間后又報同樣的故障，把變頻器轉換到工頻運行正常。

　　(3)故障分析：根據經驗變頻器報模擬量輸入異常故障一般產生的故障原因有以下三種：模擬輸入信號被干擾；模擬輸入電路異常；模擬輸入電壓/電流過高。

　　到現場觀察注塑機的工藝參數設置都在允許范圍內，修改變頻器參數也沒有改善。由于變頻器已經做了抗干擾處理暫時排除第一種故障原因，變頻器能正常接收模擬量信號也排除第二種故障原因，最后就剩下第三種故障原因，此注塑機的比壓/比流反饋信號是0～1a的電流信號，把萬用表轉換到電流檔測量注塑機比例流量和比例壓力信號，測量結果發現注塑機在高壓鎖模和射膠時電流達到1.2a左右，超出了變頻器上注塑機控制卡的電流檢查范圍，才會報模擬量輸入異常故障。主要原因是該注塑機使用十幾年了，設備上的控制系統已經老化，造成設定參數與實際參數的誤差變化大。

圖2 環形強力磁鐵實物圖

　　(4)故障排除：變頻器上的注塑機控制卡可以通過跳線選擇電流輸入范圍0～2a、0～1a。把短接塊插到0～2a電流檔，重新修改變頻器參數即可。

圖3 注塑機絞牙功能平面圖

　　(5)故障對策：針對這起故障問題，在些建議用戶在選用變頻器時，采用雙通道信號隔離注塑機控制器，原因是抗干擾性強；要求提供2路獨立的0～10v、0～24v、0～2a、0～1a輸入端子，方便在注塑機上取各種反饋信號。

　　3.3 案例三——故障信息：漏電斷路器跳閘

　　(1)案例簡介：深圳某塑膠五金有限公司注塑機變頻節能改造項目；設備名稱：博創機械280t定量泵；電機功率：30kw；額定電流：58a；注塑產品：充電器外殼。

　　(2)故障現象：在變頻器正常投入啟動運行后，注塑機主回路控制柜的漏電斷路器跳閘。在不帶電機空載運行時，設備運行正常；但接上電機后，漏電斷路器一瞬間就跳閘。

　　(3)故障分析：打開注塑機主回路控制柜，發現用戶把總電源開關的斷路器，更換成漏電斷路器。為什么漏電斷路器在使用變頻器時容易跳閘呢？原因是由于變頻器運行時輸出電壓中含有高次諧波分量，從而使電動機繞組與外殼之間、以及導線對地之間產生寄生電容，這些寄生電容通過導線與地、機殼與地構成漏電電流通路，如圖1所示；變頻器輸出側的漏電流大約為工頻操作時的3倍多，外加電動機等漏電流，當這個漏電流大于漏電斷路器的整定電流值時，漏電斷路器就會跳閘。

　　(4)故障排除：遇到上述故障時，應采取如下方法與對策，故障可以得到有效排除：

　　使用專為高諧波/浪涌的漏電流而設計的漏電斷路器，漏電斷路器的動作電流應該大于工頻工作時漏電流的5倍以上;

　　漏電斷路器應設于變頻器的輸入側，至于空開之后較為合適;

　　采取降低變頻器載波頻率的方式，減少寄生電容造成的對地漏電流的影響;

　　采用在變頻器輸入側加裝隔離變壓器的方法隔離漏電流;

　　有必要時最好在變頻器輸入/輸出端加裝電抗器來抑制，無非就是增加成本。

3.4 案例四——故障信息：干擾加熱系統的溫度

　　(1)案例簡介：珠海某電器有限公司注塑機變頻節能改造項目；設備名稱：華大機械190t定量泵；電機功率：18.5kw；額定電流：36a；注塑產品：觸摸屏用的鏡面。

　　(2)故障現象：變頻器投入使用后干擾注塑機加熱系統，使注塑機系統報警而不能正常運行，注塑機上幾個溫區的實際溫度與設定溫度有幾十度甚至上百度的誤差變化（正常的誤差是0～8℃）。

　　(3)故障分析：注塑機變頻節能改造中常遇見的問題就是改造后干擾注塑機不能正常運行，注塑機加熱系統一般采用熱電偶檢測溫度，這種檢測元件容易受變頻器輸出高次諧波干擾，從而造成注塑機溫度顯示和控制不準確。

　　(4)故障對策：可以從以下幾方面來抑制干擾：

　　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；

　　在變頻器的輸入側和輸出側加裝磁環，降低變頻器的載波頻率；

　　把注塑機的電源地與電機外殼地必須可靠接入變頻器的接地端子；

　　給注塑機內部溫控電偶供電電源加阻容濾波電路；

　　給注塑機加熱系統的溫控電偶供電電源線加裝在環形強力磁鐵，電源線在強力磁鐵上一起朝同一方向纏繞3～5圈即可。這是一種比較實用和經濟的解決方法，有的同行可能沒有見過強力磁鐵，請看下圖2所示（標準值：外徑25mm，內徑10mm）。

　　(5)故障排除：第一種至第四種的方法都一一嘗試過，故障現象有一定的改善，但注塑機上的溫度變化還是偏大。當采用第五種方法后故障現象得到了明顯的改善，加熱系統上的溫度變化基本與工頻運行下一樣。

　　3.5 案例五——故障信息：托模動作時死機

　　(1)案例簡介：佛山某實業有限公司注塑機變頻節能改造項目；設備名稱：三菱機械280t變量泵；電機功率：30kw；額定電流：59a；成型產品：茶杯上用的旋蓋。

　　(2)故障現象：用戶反映注塑機用變頻節能改造后，安裝其它模具注塑產品時運行正常，但安裝做旋蓋的模具時，注塑機在托模（也稱頂鐘）動作時死機，變頻器上沒有顯示故障信息，用戶把變頻器的頻率給到最大還是死機，把變頻器轉換到工頻運行正常。

　　(3)故障分析：現場觀察注塑機在變頻下的工作狀態，發現變頻器在注塑機開模動作時運行頻率在40hz以上，到托模時就只有幾赫茲運行，故障應該就出在這里。經過與注塑機維修人員的技術交流，從他口中得知：“做這個旋蓋制品的模具是帶有螺紋的，這要用到注塑機上的絞牙功能如下圖3所示，要想取出制品必須通過絞牙旋轉的方式，在整個注塑成型工序中絞牙的動作和頂針動作發生的時間點差不多；而絞牙功能是通過一個獨立的電磁閥控制，而這個電磁閥是不受注塑機主信號的控制。”分析到這里應該明白故障的原因了。

　　(4)故障排除：在故障分析里面我們提到絞牙功能的動作是由一個獨立的電磁閥（dc24v）控制，我們只要在這個電磁閥上并一個直流繼電器，然后從直流繼電器上取一個常開信號到變頻器多功能輸入端子做一個多段速控制，由于絞牙功能用到的壓力很大，現場嘗試把變頻器多段速頻率設定為45hz都不能成功，設定為50hz頻率后，才能保證注塑機正常生產。

3.6 案例六——故障信息：射膠動作時螺桿振動

　　(1)案例簡介：西安市某塑料水管廠注塑機變頻節能改造項目；設備名稱：樺欽機械210t定量泵；電機功率：22kw；額定電流：42.8a；成型產品：pvc水管接頭。

　　(2)故障現象：代理商技術人員在現場安裝、調試好變頻器后，在變頻下啟動注塑機電機開始生產，注塑機在射膠時螺桿(如圖3所示)振動聲很大，但注塑機沒有死機變頻器也沒有報故障，可是影響注塑機的正常生產。現場技術人員嘗試了很多方法還是解決不了故障問題，最后請求技術支持。

　　(3)故障分析：到達現場后，先把注塑機轉換到工頻運行正常，再把注塑機轉換到變頻下運行，觀察注塑機在射膠剛開始時還穩定，射膠快完成時螺桿振動發出的聲音很刺耳，感覺變頻器拖動電機很無力，后來把變頻器頻率給定增大到50hz故障依然如此；后來查看注塑機的工藝參數設置發現射膠設定的動作時間為5s，第三段射膠設定的最大壓力為130dar、最大速度為85%，在注塑機應用中設置這么高的參數很少見，后詢問該廠技術人員，才得知這種注塑制品pvc塑料管材是聚氯乙烯材料，這種材料注塑成型產品時要求的壓力都很大。了解后心里大概有個低了，拿著鉗形電流表測量電機運行電流嚇一跳，注塑機在射膠時的運行電流達到了80多安培，就是說電機過載到了200%，而且還要持續好幾秒鐘，這也難怪在變頻運行下螺桿振動。

　　(4)故障原因：就是因為變頻器在射膠動作時已進入電流限幅工作狀態，變頻器在運行過程中，由于射膠時負載太重，變頻器輸出電流會超過其限幅水平值，變頻器會自動降低輸出頻率，當變頻器輸出電流小于電流限幅水平值時，就按正常的輸入指令運行。

　　(5)故障對策：由于此注塑機選用變頻器時是按標準配置的，22kw變頻器額定電流為45a，過載能力200%的額定負載條件下只能連續工作1s。注塑機電機在射膠動作時工作電流已達到80多安培，這是典型的小馬拉大車現象，變頻器肯定經不起折騰，建議放大一個功率等級使用。

4 結束語

　　注塑機變頻節能改造看似比較簡單，其實真要做起來個中的酸甜苦辣也夠讓每一位工程技術人員受的。隨著變頻調速技術在注塑機上的不斷推廣，以后在注塑機上做變頻節能改造時，一定會遇到不少故障問題，這時就是考驗我們每一個現場技術人員現場故障分析能力，故障處理能力和豐富的現場實踐經驗。

　　以上是本人在注塑機節能改造中遇到的一些故障處理經驗和心得。希望上述工作對于從事變頻節能改造的同行們在以后的設計應用工作中能有所參考和借鑒。