专用变频器在注塑机节能改造中的应用

1 概述

注塑机是对各种塑料进行加热、熔融、搅拌、增压后，将塑料流体注入模具腔内，完成工件一次注塑成型的设备，其塑制品被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成型设备的20豫~30豫，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。它的工序过程大致可分为7个：锁模、射胶、保压、熔胶、冷却、开模、顶针。每一个工序都需要不同的压力和流量，也就是说被加工的工件不是一直在最大压力或流量下工作的，其压力和流量的大小一般是通过调整压力或流量比例阀的开启度来调节的。然而，油泵电机在恒速运转时，各工序中油泵的输入功率并没有多大变化，电能浪费严重，若采用变频器来调节电机(油泵)的转速，对压力和流量进行调节，就能实现既经济又实用的目的。

2 注塑机节能变频器

深圳市易能电气技术有限公司的EDS2860A系列注塑机专用节能变频器自动采集注塑机的工作压力和流量信号，同时输入给变频器的模拟量输入端，并进行分析和计算，同步控制变频器运行，从而准确地调节油泵的转速，使油泵的实际供油量与注塑机的工作流量需求相一致，在保证系统压力稳定的前提下，将注塑机原有的溢流现象控制到最小状态，油泵的实际流量正比于电机的转速，油泵的输出功率因此也正比于电机的转速，从而大幅度节约电能消耗;同时，变频器能够将油泵马达的功率因数提高到95%以上，有效地改善了电网质量，减小了无功消耗。

根据塑料制品和工艺要求的不同，其整体的节能效果在35%~70%的范围内不等。

变频调速与始终运行在工频转速上的电机和油泵相比较，电机转速降低，系统平均音量也随之降低3~5 分贝，减少3 分贝的噪音可使实际噪音降低50%，因此工厂的环境和员工的劳动条件得到改善。注塑机工作现场如图1所示。

例如一台CLF-600 型注塑机在生产某种塑料工件时，整个工艺周期约为52 s，经现场测得各工艺阶段所需时间和油泵电机负载电流如下。

锁模/射台前进4.0s 76 A

射胶5.5s 54 A

保压9.0s 52 A

冷却29s 53 A(前9.3 s)

开模/射台后退3.7s 76 A

由此可见该系统各工序油泵实际所需功率变化很大，特别是射胶、保压和冷却阶段，设备所用的55 kW油泵的电机利用率很低、电能浪费现象严重。

根据注塑机的工艺特性，易能公司开发、研制出的注塑机专用型变频器，将定量泵液压系统改变为变频控制系统。随工艺和工序要求，变频控制系统通过调节油泵电机转速，自动调节控制液压、油压的流量，具有比原控制系统保护功能更强、更安全、更可靠的诸多特点，具体有：

1)减少注塑机用电量达30%以上，降低了生产成本;

2)工作环境噪音明显减小，系统油温也大幅降低;

3)平滑软起动，在保护电机的同时，延长了其使用寿命;

4)根据用户的电网容量情况，可在变频改造后适当增容，节省了增容费;

5)减轻开锁模冲击，延长机械和模具的使用寿命;

6)延长油路系统使用寿命，减少维修次数，节省大量维护费用;

7)对电机具有过压、过流、缺相等多种保护;

8)节能与工频轻松切换，保证节能系统故障时不影响生产;

9)系统安装简便快捷，半个工作日完成。

3 改造注塑机需用的部件及控制图

1)磁环滤除电网电压的杂波，防止变频器干扰注塑机的控制系统。因为变频器本身是高频设备，会产生高频干扰信号，接磁环可以滤除干扰信号。用法是在变频器的每根进线上都接上磁环各绕上3 圈，输出端也一样。

例如一台CLF-600 型注塑机在生产某种塑料工件时，整个工艺周期约为52 s，经现场测得各工艺阶段所需时间和油泵电机负载电流如下。

锁模/射台前进4.0s 76 A

射胶5.5s 54 A

保压9.0s 52 A

冷却29s 53 A(前9.3 s)

开模/射台后退3.7s 76 A

由此可见该系统各工序油泵实际所需功率变化很大，特别是射胶、保压和冷却阶段，设备所用的55 kW油泵的电机利用率很低、电能浪费现象严重。

根据注塑机的工艺特性，易能公司开发、研制出的注塑机专用型变频器，将定量泵液压系统改变为变频控制系统。随工艺和工序要求，变频控制系统通过调节油泵电机转速，自动调节控制液压、油压的流量，具有比原控制系统保护功能更强、更安全、更可靠的诸多特点，具体有：

1)减少注塑机用电量达30%以上，降低了生产成本;

2)工作环境噪音明显减小，系统油温也大幅降低;

3)平滑软起动，在保护电机的同时，延长了其使用寿命;

4)根据用户的电网容量情况，可在变频改造后适当增容，节省了增容费;

5)减轻开锁模冲击，延长机械和模具的使用寿命;

6)延长油路系统使用寿命，减少维修次数，节省大量维护费用;

7)对电机具有过压、过流、缺相等多种保护;

8)节能与工频轻松切换，保证节能系统故障时不影响生产;

9)系统安装简便快捷，半个工作日完成。

3 改造注塑机需用的部件及控制图[!--empirenews.page--]

1)磁环滤除电网电压的杂波，防止变频器干扰注塑机的控制系统。因为变频器本身是高频设备，会产生高频干扰信号，接磁环可以滤除干扰信号。用法是在变频器的每根进线上都接上磁环，各绕上3 圈，输出端也一样。

4 注塑机节能改造需要注意的几个问题

4.1 压力和流量信号

一般使用的注塑机上带有两个专用的输入通道，如图3所示。

宁波生产的注塑机专用PLC上一般都标有压力和流量信号，可用万用表检查压力和流量的电压/电流信号，电压信号是0耀10 V，电流信号是0耀1 A，查看两个信号的输入范围是否符合。如果电压信号符合，就用电压信号;如果电流信号符合，就用电流信号;若两个信号都符合，也可以采用双通道来进行改造。一般情况下选用电流信号，因为电压信号不稳，而且很容易受到干扰，尤其是长距离传输。电流信号相对来说，比较稳定，不容易受到干扰。

电流的信号和压力成正比关系，也就是说压力越大，注塑机的使用率越高。

另外，有些注塑机上无这些标号，这时要看有无电流表，有电流表，查看电流信号的大小，然后取其中一个比较大的信号(不超过1 A)，作为注塑机油泵的控制信号。

4.2 电源的输入和输出端查找电源的输入和输出有两种方式。

1)电源的输入R、S、T直接接到380 V的动力电源上，变频器的输出U、V、W直接接注塑机的油泵电机。

2)一般注塑机的油泵是靠接触器来控制的，就是上电后给接触器一个控制信号，然后闭合自锁，接触器吸合，油泵运转。因此变频器的输入端R、S、T接到原先油泵电机的接线端上，也就是接触器的输出端，这样便于进行PLC控制。变频器的输出端U、V、W 直接接油泵电机就可以了。

4.3 出现的情况

工频时，电机运转方向正常，变频时，电机运转方向与实际运转方向相反，处理方法是把变频器的输出线的相序中的两相颠倒即可;工频时，电机运转方向与实际运转方向相反，变频时，电机运转方向正常，处理方法是把变频器的输入线的相序中的两相颠倒即可。电压和电流信号驱动不了变频器时，有可能是信号线接反了，反接信号线就可以了。

5 EDS2800系列注塑机专用变频器的参数

EDS2800 内置比例流量、压力专用接口，内置注塑机专用参数，须设置的参数如表1所列。

表1 列举的是调试注塑机时的几个参数的经验值，由于压力流量的最小输入值F6.08 与压力的信号成反比关系，所以F6.08 越小，注塑机的效果越好。

6 结语

注塑机液压系统是一个压力和流量波动较大的系统，在开模、合模、射胶、回料、顶出等不同工作阶段，其压力和流量都要发生有规律的变化。多数时间内，负载的实际耗油量均小于油泵的供油量，造成高压状态下液压油部分经溢流阀、比例阀等液压元件溢出。该溢流部分不仅没有任何有用功，而且产生热量，造成液压油发热，既耗能，又有害，所以对注塑机进行变频改造是很有必要的。