汇川变频器在注塑机上的应用

1 注塑机情况简介

随着我国经济的持续发展，能源问题越来越成为了发展的瓶颈。近期国家也将节能降耗作为一项非常重要的工作来抓，节能成为当前热门的话题。特别是一些能耗比较大的行业如注塑机、空压机等行业，成为了节能事业关注的焦点。

目前我国正在应用的及新生产的绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机。液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供，液压油泵为容积式油泵，其供油量与油泵的转速成正比，当油泵马达以50 Hz恒速运转时，油泵的供油量是不变的，所以称为定量泵。

一般塑件的生产过程有下面几个环节：锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模。注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同，须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所需的流量和压力。当工作所需流量较小时，油泵供油量大于执行元件所需的油量，多余的处于高压状态下的液压油全部经溢流阀回流，大量的能量通过油的温升消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高，而且为了降低油温，往往还需要配额外的冷却水循环系统，造成能量的进一步浪费。合理的使注塑机利用能源是一个值得关注的技术问题。

2 注塑机运行现状

注塑机行业的节能方式通常有三种：全电动模式、比例变量泵及变频定量泵模式。

1)全电动模式用伺服电机作为驱动方式，传动结构采用滚动丝杆及同步皮带。此模式节能效果明显、加工精度高，但成本高，多应用在对工件精度要求高的场合。

2)比例变量泵方式比例流量阀及比例压力阀可按照负载变化情况，调节比例变量泵的斜盘倾角，向系统输出精确的压力及流量，避免能量的浪费。这种方式存在的问题是起动用Y—△模式，起动冲击电流大。另外节能效果弱于全电动及变频定量泵，而且泵易磨损，维护成本高。

3)变频器定量泵方式用变频器控制油泵马达转速来调节流量及压力，在规定的时间内泵的出油量刚好满足各个动作环节的流量及压力需要，可以将溢流量控制在最小状态，从而节约能源。利用注塑机本身的比例流量阀的电流信号来控制变频器，使得变频器自动跟踪注塑机的工作状态、工作压力及流量。即通过变频器准确地调节油泵的转速，使油泵的实际供油量满足注塑机需要的工作流量，既满足生产需要，又达到节能目的。节能效果与所加工工件的周期相关，通常油泵马达的节电效果为25%~65%。存在的问题是，系统响应速度慢、过载能力弱、低频时压力不稳定等。

3 注塑机行业对变频器性能的要求

变频器从原理上来讲具有较好的节能效果，但是目前行业应用过程中却存在很多问题。注塑机行业变频器使用之初因为国外变频器成本过高，所以大量使用了国产变频器。而前期国内变频器性能及可靠性普遍较差，使得注塑机行业出现了配套厂家对配变频器失去信心，而客户端因为对变频器了解不够，听信一些厂家片面宣传节能的说法，没有意识到变频器改造后带来的加工周期延长、设备经常保护等问题，造成行业纠纷较多。目前大的用户如长虹、海尔、富士康等均选用性价比好的变频器，而一些中小客户出于成本的考虑，还在继续使用一些性能较差的品牌。

注塑机行业使用变频器存在的问题具体表现在以下几个方面。

1)由于变频器存在加、减速过程，导致注塑过程经常处于加、减速的过程中，注塑产品对工艺过程比较敏感，往往在加速过程中会使产品产生严重缺陷

所以要求加速过程要非常快，即要求变频器动态响应非常快，否则会造成成品率下降的情况。

2)变频器控制的注塑机产品周期会有所加长，使得产能下降。这是目前很多变频器特别是V/f 控制变频器在注塑机行业的技术瓶颈。因此要求变频器有很好的动态响应特性。

3)注塑机在合模时需要很大的压力，采用变频器控制时经常会出现过流情况，所以要求变频器有强的过载能力。

4)变频器作为一个干扰源经常对注塑机的温度板、动作顺序会有一定程度的干扰，所以要求变频器一定要作抗干扰处理。

4 汇川注塑机变频器介绍

MD系列变频器是汇川推出的代表未来变频器发展方向的新一代电流矢量型变频器。通过独特的矢量控制算法，将普通异步电机的定子电流解耦成励磁电流和转矩电流，使对异步电机的控制达到直流电机的控制效果。矢量控制相比传统的V/f控制，低频力矩更大，动态响应快，速度控制精度更高。随着产业的升级，设备对变频器性能要求逐渐提高，而在不提高成本的情况下的性能提升，对客户来说很有价值。

矢量控制的核心是对电机电流进行实时控制，在驱动同样的负载时电流更低，变频器温升低。同样的变频器硬件平台，矢量控制相比V/f 控制，变频器故障率更低。

汇川公司针对中国的产业环境，从可靠性角度出发，对MD系列做了如下技术处理：

1)7.5 kW 以上变频器标准内置直流电抗器，降低了电源谐波的不良影响，减少整流桥的故障，延长电容的使用寿命;

2)超强的低电压适应能力，在额定电压下降20%时可正常工作，低电压环境下使用无忧;

3)独特的上电安全检测技术，避免变频器上电输出对地短路炸机;

4)独立风道设计，对恶劣环境的适应性更强;

5)独特的三防漆处理技术，对于金属粉尘、潮湿及腐蚀等环境有较强的适应能力。

产品的高可靠性解除了配套厂家对产品稳定性的顾虑，已经有行业的配套客户使用汇川变频器达三年之久。

汇川注塑机用变频器分为两种型号：一种是在汇川通用型变频器MD300 的基础上加上一块单通道的注塑机专用卡;另外一种是在MD320变频器的基础上，加上一块双通道注塑机专用卡。

单通道MD30IN卡是汇川公司推出的与MD300系列变频器配套使用的注塑机控制卡。它可以直接输入0~1 A(通过AI-COM 端子)直流电流信号或0~24 V(通过AV-COM 端子)直流电压信号，经过光耦隔离处理后，转换成0~10 V电压信号通过扩展卡接口，直接在内部连接到变频器的AI1 接口，用户外部不需要另外接模拟信号线。

双通道MD32IN卡是汇川公司推出的与MD320系列变频器配套使用的注塑机控制卡。扩展卡上配有了2个独立的模拟信号输入口，可以输入0~1 A的电流信号以及0~10 V的电压信号，满足绝大部分注塑机工艺要求。汇川矢量型变频器，改进了传统V/f变频器低频力矩小的特点，使变频器在0.5 Hz可以输出150%的额定转矩，全面满足注塑机在低流量时的压力要求，使设备工作更稳定。最值得一提的是，汇川矢量型变频器不仅在硬件方面进行了改进，在软件方面也做出了相应的变化。针对注塑机的工艺过程，增加了一套独特的频率输出计算方式，采用了模拟频率和多段速频率叠加的独特频率输出方式，即f(最终频率)=f(模拟信号)+f(多段速频率)，这样就可以把接入注塑机上的各个工艺段的开关量信号进行多段速补偿，使设备的性能全面化，同时在调试的时候更加简单。这样的设计，不仅可以适用配套生产，同时也可以进行节能改造，在应用的广度上更进一步。

5 汇川变频器用于注塑机的线路简图

汇川变频器用于注塑机的线路简图如图1所示。

6 汇川变频器在注塑机行业的技术优势

1)汇川变频器为电流矢量控制方式，起动转矩大，0.5 Hz 可以达到150%的额定转矩;动态响应快，阶跃转矩响应时间< 200 ms;稳速精度为0.5%。动态响应快，有效解决了目前困扰注塑行业用变频器后加工周期变长的痼疾。

2)汇川注塑机专用变频器独特的转矩控制性能，在不影响瞬间力矩的情况下对过电流进行有效控制，避免了变频器频繁保护或大电流烧坏变频器的现象，给配套厂家提供了信心。

3)MD300系列变频器模拟量输入与频率的对应关系可以设为折线式，可设置两个拐点，便于满足锁模时所需要的强大的压力。同时矢量变频器的控制特性，使得负载电流得以有效控制，针对于注塑机行业的专机设计，有效避免了传统变频器易过流保护的通病。

4)MD30IN 可直接接受0~1A 的电流信号，可直接从比例流量阀获取转速控制信号。

5)MD32IN可以接受0~1A电流的信号及0~10V的电压信号，对注塑机一些工艺段的采集信号进行补偿，达到完美的控制效果。

6)针对于国内电网的现状及多数变频器易引起电源波形畸变的现象，汇川变频器标准内置直流电抗器，改善了变频器的运行工况，并将节能系统运行的功率因数提高到约0.95，从而可以预防因电网质量差而造成的整流桥或滤波电容损坏的情况，有效地降低了变频器的故障率。

7 注塑机使用变频器时的注意事项

7.1 变频器的选型

在对变频器选型时应根据负荷的性质和要求来定。因注塑机的负载性质是恒转矩类，机械特性较硬,动态特性要求较高，所以应选用高性能矢量控制变频器，一般的V/f控制变频器很难满足快速响应的要求。

7.2 变频器容量的选择

在选配变频器容量前，应实测一下注塑机在各个工序过程中，油泵电机工频状态运行的最大负荷电流，以此作为选择变频器容量的依据。变频器的额定电流最好为控制电机额定电流的1.1~1.5 倍，电压等级应与控制电机相符。

7.3 变频器的调试

矢量控制对电机参数有一定的依赖性，在使用设备之前，要求变频器对电机进行空载参数辨识，以保证变频器获得准确的电机参数，达到良好的控制效果。

7.4 变频器的安装环境

因为塑胶厂环境温度高，塑料粉尘多，因此节能装置的柜体要设计合理，柜内变频器周围应留足够的空间，保证良好的通风渠道，并加装冷却风扇以强迫风冷。现场需安装在通风良好，远离热源和尘埃多的地方。

7.5 变频器对注塑机工作的干扰处理

变频器的输入和输出电流中都会有一定量的高次谐波成分，因此便形成了干扰注塑机正常工作的信号。应采取以下措施：

1)不要将变频器的输入、输出电缆与变频器的控制信号线(包括其它设备的控制信号线)平行走线或捆扎在一起;

2)在变频器的输出侧加装磁环(抗共模干扰零相电抗器)减小高次谐波电流，特殊情况输入侧也需要加装磁环;

3)变频器的外壳必须可靠接地。