摘要 介绍了变频调速节能装置的节能原理，注塑机节能改造原理和方法，两个应用实例的应用过程及注塑机节能改造的注意事项。
关键字 注塑机 变频调速节能装置 电流/电压变送器 油泵电机
一、前言对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一，因此降低注塑机的能耗成为注塑行业降低成本、提高产品竞争力的有效途径。
目前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。在注塑周期的过程中，注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力。液压系统的负荷变化很大，由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能在挡板、油路泄露、油的温升中消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高，电机噪音过大，以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计中，用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置在注塑机上的应用，对于减少能源浪费具有重要意义。
二、变频调速节能装置的节能原理1、变频节能
2、动态功率因数补偿节能
3、软启动节能由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于(3-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和模具的使用寿命。
三、注塑机节能改造原理1、注塑机成型的工艺过程 （如图一所示）注塑机主要用于热塑性塑料的成型加工。注塑机成型工艺是一个按照预定的周期性动作过程，即以合模--射嘴前进--射胶--保压--溶胶、冷却--开模--顶出制品--顶杆退回—合模等加工工序达到某件产品成型。注塑机通常采用液压传动，其结构包含注射装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置，后者的作用是保证注塑机按工艺过程以预定每个工序的要求（压力、速度、温度、时间、位置）和动作程序准确有效地工作。
在传统的注塑机中，液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成，其中，油泵是定量油泵，电动机通常提供额定功率和转速，油泵将电动机所输入的机械能转变为压力能，然后向液压系统的液压元件输送具有一定压力和流量的液压油，满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。
图一：注塑机工序图和能耗对照图 2、变频调速节能装置的控制系统根据注塑机的工艺要求，利用注塑机电脑的同步控制信号及电气控制，从注塑机的压力电磁比例阀和流量电磁比例阀分别取出0-1ADC的模拟电流信号，送电流/电压变送器综合处理转变为0-10VDC的模拟电压信号，直接加在变频器的输入端，从而改变变频器的输出频率，即改变油泵电机的转速，来改变油泵电机的输出流量Q,满足注塑机在各个工序中所需的油压大小和流量速度，将传统的定量泵转变为变量泵。
变频调速节能装置的控制系统方框图如下（图二）：
图二：变频调速节能装置控制系统方框图 四﹑应用实例1、工程实例一：深圳西丽某实业有限公司注塑机节能改造成功案例该公司原有注塑机10台，后因扩大生产规模另外增加5台，共有15台注塑机，其中坚达JD-120型 8台（油泵电机15KW）， 意利达E-180型（油泵电机22KW）7台。采用一台6KV/400V 500KVA的变压器供给市电，由于该变压器长期超载运行，引起过流保护开关经常跳闸，严重影响了生产。为了尽快解决目前的困境，该公司考虑到增加一台新变压器投资大，所以采用对7台E-180型注塑机加装台达VFD-B-22KW矢量控制变频器进行节能改造的实用方案，并于2001年8月实施了节能改造。改造前总线电流为760A，接近或有时超过变压器的额定电流，改造后总线电流降为670A，大大低于变压器的额定电流，过流保护开关再也没有跳闸过，保证了生产的连续正常进行。现以意利达E-180机台,生产录音机外壳时,各个工序状态油泵电机所消耗的功率对比(如图一所示)，从中可以看出，变频时各个工序所消耗的功率降低较多，如果此产品所需的冷却时间和中间时间越长，则节能效果会更好。
2、工程实例二：东莞某塑胶集团有限公司注塑机节能改造成功案例（自发电）（1）该公司的电力设施及用电状况该公司有宝源180-450PC型注塑机232台，分布在十个不同的车间，电源由自备的4台3000KW发电机机组发电供给，总用电电流为16430A，接近90%的满载电流，其中注塑机用电电流为13200A，其它设备用电电流为3230A。
（2）该公司的节能改造计划因该公司扩大生产规模，新增1500KW的用电设备，考虑到目前的发电机输出容量不够，增加一台新发电机投资较大，而采用变频节能的方法则可以在一年内收回投资成本。所以该公司先于2001年9月就委托深圳市某电子有限公司安装了一台安邦信AMB-G7-45KW的高性能通用型变频器。在后来的两个月内有3家节能公司先后来安装试机，在此期间该公司投入大量的时间，对各型变频器节能效果、运行状况、性价比和有无影响产品质量及产量等情况，作了详细的测试和分析对比，最终选用了安邦信AMB-G7系列高性能通用型变频器（测试数据如表一所示）。于2002年1月对三个大车间的宝源300-450PC型69台注塑机进行了节能改造，油泵电机总功率为2706KW。
表一：节能效果测试表
（3）安装后的用电情况该公司注塑机的总用电电流由13200A降为11600A，也就是说，使现有的发电机容量扩大了1600A，完全可以满足新增1500KW用电设备的用电。改造后的69台注塑机平均节电率达40%，该公司对此节能效果非常满意，达到了预期的目的。
五、注塑机节能改造的注意事项1、将注塑机技术与变频器技术完美结合派遣既懂注塑机技术又懂变频器技术的工程师，前往现场详细了解注塑机的工况及控制系统的实现过程。尽量不改变注塑机原有的控制系统，巧妙地选取控制信号，将注塑机技术与变频器技术完美结合，是注塑机节能改造成功的前提。
2、关于变频器的选型在对变频器的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，所以可选用矢量控制高性能变频器或注塑机专用变频器（如台达VFD-B系列、安邦信AMB-G7系列、森兰SB60G系列等）。
3、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，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，且电压等级与控制电机相符。
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。
5、节能装置的接线1、主回路,必须考虑电力线对电流容量、短路保护、电线压降等因数，注意变频器的输入线与输出线不能接错，线路的铺设距离不要太远，变频器到电机的线应尽量短；
2、控制信号线应使用屏蔽电缆，并把屏蔽层在变频器端接到变频器的公共输入端子上，另一端悬空，勿使其与地相接，且远离强电流线。
6、变频器对注塑机工作的干扰变频器的输入和输出电流中都会有一定量高次谐波成份，传出来便形成了干扰注塑机正常工作的信号。
应采取以下措施：（1）不要使变频器的输入、输出电缆与变频器的控制信号（包括其它设备的控制信号线）平行走或捆扎在一起；
（2）减少变频器的载波频率；
（3）在变频器的输入侧和输出侧加装变频器专用滤波器、电抗器等措施减小高次谐波电流；
（4）变频器的外壳必须可靠接地。
7、参数设定（1）变频器参数设定如下，其它参数一般保持为出厂值不变：最高操作频率设为50HZ，最大输出电压设定与控制电机电压相符，加减速时间为1秒，加减速曲线设为V/F方式，主频率由外部0-10V输入，运转指令由外部端子操作STOP键有效，AVR功能设为无效，低频转矩提升设定不要太大；
（2）注塑机参数的设定：为了确保制品质量和产量，要求变频工作时注塑机的压力和流量设定比工频时高一些。
六、结束语上述两个应用实例是本人亲自参与改造的成功案例，自投运一年多以来，平均节电率达40%，已收回全部投资成本，且运行可靠平稳，保护功能强，同步控制准确，操作简单方便，充分满足了注塑成型工艺要求，稳定了产品质量和产量。同时降低压力油油温，延长密封元件的使用寿命，减少设备维护费用，为用户创造了良好的经济效益，赢得了用户的满意效果。因此，变频调速节能装置值得在注塑行业中推广应用。
参考文献1韩安荣 .通用变频器及其应用 . 北京： 机械工业出版社,2000年6月 .
2台达电子工业股份有限公司 . VFD-B系列变频器使用手册 .
3安邦信电子有限公司 .AMB-G7系列变频器使用说明书 .
