E520系列在注塑機上的應(yīng)用

一． 塑料行業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展形勢
現(xiàn)在人們已公認(rèn)一個國家或地區(qū)塑料的人均年消耗量及塑料工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占的地位是反映工業(yè)發(fā)展與進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。中國塑料資源豐富， 21 世紀(jì)初主要合成樹脂年產(chǎn)量達(dá) 1.4 萬噸，排世界第 4 位。并且中國合成樹脂的產(chǎn)量還在以 5%~10% 的速度增長。中國又是塑料消費大國，據(jù)統(tǒng)計，其年消耗量占世界第二，僅次于美國，而中國的人均消費僅為 19kg ，在世界排名第 32 位，是工業(yè)發(fā)達(dá)國家的 11%~20% ，可見中國的塑料工業(yè)還要大發(fā)展，塑料機械前景廣闊。 根據(jù)塑料制品的市場分析， 目前中國塑料機械行業(yè)產(chǎn)值每年約 100 億元，而國內(nèi)市場需求約 200 億元，還有很大空間， 注塑機的需求也逐步由南方向北方擴散，同時也帶將帶動塑料工業(yè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二． 變頻改造在注塑行業(yè)發(fā)展趨勢
對于塑料制品行業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設(shè)備之一；隨著電力電子與變頻控制技術(shù)的發(fā)展，對油泵驅(qū)動馬達(dá)進(jìn)行變頻控制以將普通的定量泵改為變量泵的方式已在注塑行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。采用變頻節(jié)能控制器對注塑機的節(jié)能改造也已成為注塑行業(yè)降低注塑機的能耗成本、提高產(chǎn)品競爭力的最有效的途徑。因此推廣交流變頻調(diào)速裝置在注塑機上的應(yīng)用，對于減少能源浪費具有重要意義。
三． 注塑機的工藝分析
3.1 注塑機基本概況及成型工藝過程
普通注塑機通常采用液壓傳動，其結(jié)構(gòu)包含注射裝置、開合模裝置、液壓傳動裝置和電氣控制裝置，后者的作用是保證注塑機預(yù)定工序的要求（壓力、速度、溫度、時間、位置）和動作程序準(zhǔn)確有效地工作。
在傳統(tǒng)的注塑機中液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油泵電機及其它液壓附件和管道組成，液壓傳動系統(tǒng)中的動力由電機帶動油泵提供。其中，油泵絕大部分是定量油泵，電動機通常提供額定功率和轉(zhuǎn)速，油泵將電動機所輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽缓笙蛞簤合到y(tǒng)的液壓元件輸送具有一定壓力和流量的液壓油，滿足液壓執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動負(fù)載所需能量的要求
注塑機成型工藝是一個按照預(yù)定的周期性動作過程，即以合模 ---射嘴前進(jìn)---射膠---保壓---溶膠、冷卻---開模---取出制品---將被注塑件放入模具中—合模等加工工序達(dá)到某件產(chǎn)品成型。
3.2 普通注塑工藝中的主要損耗
第一 為溢流損耗。 隨產(chǎn)品及加工工序不同，各工序所需液壓、流量、壓力不同（見附圖 1）。對于油泵馬達(dá)而言，注塑機在注塑過程的負(fù)載是處于變化狀態(tài)。 而泵的流量是按照所需的最大流量來設(shè)計的， 其原注塑油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供的液壓流量， 當(dāng)注塑機所需的流量小于最大流量時， 多余的液壓將通過溢流閥回流， 這一部分能量就損耗掉了。
第二為節(jié)流損耗。 當(dāng)液壓油流經(jīng)閥的節(jié)流口時會有一定的壓降，這就是節(jié)流損耗。由于方向閥的節(jié)流面積比較大，所以大部分的節(jié)流損耗發(fā)生在比例閥上。 同時由于液壓長期全速循環(huán)流動與液壓件機械劇烈磨擦，造成油溫過高，噪音過大，機械壽命縮短等不良現(xiàn)象。
第三為設(shè)計余量損耗。 通常在設(shè)計中， 一般會考慮到共用性，設(shè)計時以最大容量為基礎(chǔ)，因此 用戶油泵電機設(shè)計的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。

圖一：注塑機工序圖和能耗對照圖
四． 變頻器的節(jié)能原理及控制系統(tǒng)（見附圖二）
4.1 調(diào)速節(jié)能
根據(jù)注塑機的工藝要求 ,把總壓閥、低壓閥、一壓閥、二壓閥的開關(guān)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后加在變頻器的輸入端作為變頻器的頻率給定信號，變頻器通過對其進(jìn)行實時采樣并通過CPU處理，使輸出頻率隨比例閥的模擬信號成線形變化，在需要壓力和流量較小的工藝過程中使電機轉(zhuǎn)速降低，從而降低電機的輸出功率，在冷卻和半成品置入過程中可以讓電機停轉(zhuǎn)，使電機在整個負(fù)載范圍內(nèi)的能量損耗達(dá)到最小程度。
4.2 提高功率因數(shù)節(jié)能
無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是因為功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低。由公式 S2=P2+Q2，Q=S*SINφ，P=S*COSφ，其中：S-視在功率。Q-無功功率，P-有功功率，COSφ-功率因數(shù)。可知，當(dāng)COSφ越大，有功功率 P越大。普通定量泵注塑機COSφ值在0.6-0.8之間，而使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)濾波電容的補償作用，使得COSφ≈1，從而減小了無功損耗，增大了電網(wǎng)的有功功率。
4.3 軟啟動節(jié)能
由于原電機為直接啟動或 Y/ △啟動，啟動電流等于 (3-7) 倍額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會增加電網(wǎng)容量要求，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值被限制在變頻器設(shè)置的加速中電流限幅水平以內(nèi)，一般不超過 1.7 倍額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對電網(wǎng)容量的要求，延長了設(shè)備和模具的使用壽命。

五． E520系列注塑機專用變頻器的特點
• 高節(jié)電率，節(jié)電效果保證在 30% ~ 70%。
• 注塑機原有控制方式及油路不變，無須對注塑機原有結(jié)構(gòu)和控制方式做變動， 只需在原油泵主電機接線處串入變頻節(jié)能控制器，并對流量、壓力比例控制線做適當(dāng)接入切換并作簡單調(diào)試即可完成。
• 采用 “市電／節(jié)能運行”轉(zhuǎn)換控制方式，并保留注塑機油泵電機原有Y－△啟動及運行線路不變，確保萬一變頻節(jié)能控制器發(fā)生故障檢修或是注塑加工件周期過短時仍能切換到“市電”狀態(tài)工作以保持正常生產(chǎn)。
• 與注塑機同步運行，調(diào)試完成投用后無需任何調(diào)節(jié)；即使更換模具和改變加工參數(shù)，均無需對變頻節(jié)能控制器進(jìn)行調(diào)整。
• 改造后注塑機液壓油發(fā)熱明顯降低，一般比改造前平均油溫降低 15~20℃以上；液壓油使用壽命可得到延長；注塑機冷卻用水量可節(jié)省30％以上。
• 對整個系統(tǒng)的保護(hù)功能，（ 1 ）、變頻器自身的保護(hù)；（ 2 ）、對電機的保護(hù)；如：電流限制、過載、輸出短路或輸出接地等（ 3 ）、對因誤操作引起的機械損傷進(jìn)行保護(hù)；如：未到熔融溫度強行溶膠引起火箭頭、炮筒、螺桿或溶膠馬達(dá)的損壞等。
• 注塑機運行噪音明顯降低，開、鎖模振動減輕，延長設(shè)備和模具的使用壽命，改善工作環(huán)境；用電功率因數(shù)提高，油泵主電機平滑啟動，啟動時無大電流沖擊并可減少配電設(shè)備容量。
• 延長油路密封組件的使用壽命，減少停機維修幾率，節(jié)省大量維護(hù)費用。
• 注塑件加工周期越長，節(jié)能效果越好；
六． 改造案例
根據(jù)大量的現(xiàn)場測試，一般注塑機油泵電機在市電運行情況下因各工序所耗功率不同，實際所耗的總功率大概為電機額定功率的 50-70% 之間，而用變頻改造后可在此基礎(chǔ)上節(jié)省 20%-60% ，節(jié)電效益隨單機使用時間增長而增長。
案例一 深圳龍崗某電子廠
注塑機為：臺灣贊揚公司的 CY-250 系列，電機功率為 3.7KW ，
變頻改造具體情況如下表：

從上表分析可知，工頻運行時平均每小時用電量為 2.58KWh ，變頻運行時平均每小時用電量為 1.4KWh ，當(dāng)?shù)仉娰M是 0.75 元每度，按每天平均工作 20 小時，每月工作 28 天計算得：
節(jié)電率為 = （ 2.58-1.4 ） /2.58 = 45.7%
工頻運行是每年電費為： 2.58 ╳ 20╳28╳12╳0.75=13003.2元
變頻運行是每年電費為： 1.4 ╳ 20╳28╳12╳0.75=7056元
每年節(jié)省電費 5947.2元
案例二 （廣州某電池 / 塑料盒生產(chǎn)企業(yè)）
一臺臺灣產(chǎn)全自動設(shè)備注塑機，使用 E520-4T0550系列（55KW）的注塑機專用變 頻器進(jìn)行節(jié)能改造。
七．結(jié)束語
根據(jù)長期以來對使用廠家的回訪與觀察，一致反映使用四方變頻改造以后的注塑機不但為客戶節(jié)省了電能，而且運行可靠平穩(wěn)，保護(hù)功能強，同步控制準(zhǔn)確，操作簡單方便，充分滿足了注塑成型工藝要求，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。同時降低壓力油油溫，延長密封元件的使用壽命，減少設(shè)備維護(hù)費用，為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，贏得了用戶的滿意效果。