变频器在注塑机改造中的应用

变频器在注塑机改造中的应用1引言注塑过程一般分为以下步骤:锁模→注射保压→熔胶加料→冷却定型→开模顶针。每一动作的完成都有时间、压力、速度、位置等几个参数的精密配合，也就是说在某一位置的位移都有相应的压力和速度，且在不同的位置和时间内其压力和速度都是可变的。同时每一动作完成后发出终止信号传送给程序控制器，程序控制器收到信号后才发出执行下一动作的指令。此外注塑机系统本身还存在一些弱点:(1)注塑机动作内部有着十分剧烈的突变过程:如锁模过程中，快速锁模→慢速低压护模→高压高速锁模的工况突变就很剧烈;又如注射过程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射胶过程工况也是很剧烈的，对机器的冲击非常大，影响了整个注塑系统的寿命。(2)动作油路制动达不到设计的精度，油路制动的开闭取决于电磁阀，而电磁阀的动作又取决于过程控制器提供的电压和电流，因大多数注塑机都没有死循环控制，阀的开闭精度就会大打折扣，尤其是阀的开闭程度在10%以下和90%以上时，某一动作在此状态下被执行很难保证其稳定性和重复精度。(3)执行动作的油缸本身有油封破损，内泄现象，执行动作的可靠性和稳定性不高。这是由于多数时间内，负载的实际耗油量均小于油泵的供油量，造成高压状态下的液压油部分经溢流阀、比例阀等液压元件溢出。该溢流部分不仅未作任何有用功，而且产生热量，造成液压油发热，既耗能，又有害。采用注塑机的变频运行，就能很好的解决这些问题，既提高了整个注塑系统的精度和稳定性，减少巨大的机械冲击，延长系统使用寿命，又能够节约大量的电能。2注塑机变频节能原理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。传统的注塑机是采用定量泵供油的，注塑过程的各个动作对速度、压力的要求也不一样，它是通过注塑机的比例阀采用溢流调节的方式将多余的油旁路流回油箱，在整个过程中，马达的转速是不变的，故供油量也是固定的，而由于执行动作是间隙性的，也并不可能是满负载的，因此定量供油就有很大的浪费空间，据实测至少有50%左右。变频节能正是针对这一浪费空间，实时检测来自注塑机数控系统的比例压力和比例流量信号，适时调整各个工况动作所需的电机转速(即流量调节)，让泵出的流量和压力，刚好能满足系统的需要，而在非动作状态时(主要是在冷却状态)，让电机停止运行，这样节能空间就进一步地增大了，故对注塑机进行变频节能改造能够带来巨大的节能效果。注塑机变频改造原理示意图如图1所示。图1注塑机变频改造原理示意图kv1100注塑机变频节能电气原理图如图2所示。由图可知，工频与变频用sa及km3、km1进行电气互锁，确保工频运行与变频运行不能同时进行，保护系统安全运行;当选择开关sa在中间位置，即在0档时，电路不工作;sa转至左边，即在1档时，km1得电(变频运行指示灯hl2亮)，其常闭辅助触头先断开，切断工频控制回路。km1常开辅助触头后闭合，km2得电吸合。km1、km2主触头先后闭合，接通变频器主电路。此时如果有运行信号，如图3所示，原系统星三角启动切换完，且控制线路选择到变频运行，即km2线圈得电，这时fwm-com闭合，变频器运行，注塑机开始工作。变频器根据注塑机电脑板给出的压力及流量信号，经内部处理后，输出不同的频率，调节电机转速，即:输出功率与压力和流量同步自动跟踪控制，故可以大大减轻合模、开模的震动，稳定生产工艺、提高产品质量，减少机械故障，延长机器使用寿命。图2注塑机kv1100变频节能电气原理图图3变频器运行信号当检测有异常时，ta-tb断开，切断变频器输出信号及输出回路。ta-tc后闭合，hl1故障指示灯亮。排除故障后，按变频器故障复位键后，既可继续工作。当sa转换至右边时，工频运行，即与原系统工作时一样，确保变频器出现异常时，不影响生产。变频器相关功能端子说明见表1，所使用到的相关参数说明见表2。表1变频器相关功能端子说明表2变频器相关参数说明3kv1100-z系列变频器特点kv1100-z系列变频器是适用于注塑机节能与自动化改造的专用变频器，采用优良的控制策略使其具有较快的动态响应，先进的电流限制技术和硬件优化设计，使产品具有超强的过载能力，能保证在负载频繁波动的情况下，变频器不跳闸。并具有以下特点:(1)高可靠性完善的可靠性设计方案:如冗余设计，降额设计等，所有元器件全部采用工业或军工等级，关键元器件全部采用进口元件，如三菱ipm模块、bhc电容、ixys整流桥等。关键电路全部采用高集成度厚膜ic，从而保证整机的可靠性;(2)高节电率保留注塑机原有控制方式油路不变，采用先进的微电脑控制技术，使定量泵变为节能型变量泵，注塑机液压系统与整机运行所需要的功率匹配，无高压节流溢流能量之损失，提高油泵电机功率因素至0.96以上，节电率一般可达25%~65%，所有投资6~12个月便可收回。(3)软启动相比工频起动方式，采用变频器控制可以减小开锁模震动，延长模具的使用寿命，同时系统发热量减小，油温稳定，延长液压系统的使用寿命，为用户节省了维护的费用，由于运行稳定，对塑胶制品的品质稳定性有较大提高。(4)超强的过载能力和动态响应速度kv1100-z系列变频器采用先进的控制算法和独特的限流技术，确保在注塑过程中，能承受起启停重负载的冲击而不跳闸，以确保生产过程的连续性。高速的动态响应，最大限度减小制品成形周期的延迟现象。(5)完善的emc设计kv1100-z系列变频器采用完善的emc设计方案，内部布局优化设计，采用多种emi对策，确保对注塑机电气系统的干扰减小到最小，保证其工作的稳定性。4注塑机变频节能改造案例(1)公司名称:浙江某塑料有限公司(2)注塑机变频节能改造的目的:随着社会各行各业竞争的日益激烈，节能作为企业增效降耗、降低经营成本、提高竞争力的重要手段，已普遍被人们所认识和接受。在竞争激烈的注塑行业有如下特点:•企业主要的经营成本是员工的工资和电费;•由于企业之间的竞争，塑胶件的加工费用越来越少，电费所占成本的比例越来越多;•节省电费、降低成本，提高企业的竞争力，是业内众多经营者所关注的问题。(3)改造的注塑机型号:宁波海天htf150(4)注塑机马达功率:15kw(5)改造车间:一楼注塑成型车间(6)改造时间:2003/09/02(7)厂家参与测试负责人:刘课长、陈工(8)生产塑料件:电源插头(9)成型周期:32s(10)测试设备:三相四线电能表(11)测试时间:2003年09月02日(12)测试结果:节电率48%表3工频运行产量及用电量从表3分析可知，工频运行时平均一个小时用电量是10kwh;变频节能运行时平均一个小时用电量是5.2kwh，节电率48％，效率基本保持不变;浙江黄岩地区当地电费是0.82元每度，该塑料制品厂24小时连续生产，如果以每月工作30天计算。则有:•工频运行时，电费/月=10×24×30×0.82=5904元;•变频节电运行时,电费/月=5.2×24×30×0.82=3070元;•每月节约电费2834元。客户在半年左右即可收回成本。5节能改造后的测试总的来讲,节能效果是肯定的,节电率达25%-60%，且运行稳定可靠。(1)工变频对比方面在不改变注塑机和变频器参数的前提下作比较:射出成型品的品质方面无影响，周期在变频工作时会慢0.3~1.2s(变频器功率越大，产品工况越复杂，周期就会相应的增加)，在射出的稳定性和重复精度方面，变频状况较工频状态稳定，因为变频状况注塑机压力油温度可降至35~40℃左右，在此状况下的油温最能保证液压执行件的重复精度和稳定性，压力油的使用寿命也会延长，也减轻了中央运水系统的负荷，油温较工频状态降低15~18℃。(2)增加了电力系统的装机容量电力系统本身预留一定的容量供用电设施起动用，工频状况下起动电机是采用的星三角形降压延时起动，此起动电流是电机额定电流的4~7倍，若多台大功率的电机同时起动，将对电网造成很大的冲击。为经得起电机起动冲击，只有加大系统的容量，故先前的用电容量很大，而采用变频时电机起动属软起动，只需在额定电流下就可以起动，且起动平滑无冲击，这样可以减小起动时对电机和电网的冲击，从另外的角度来讲可以算是增加了系统的装机容量。(3)变频状态下工作时有很强的保护功能变频器的保护可从以下三个方面去认识:第一，可以保护变频器本身;第二，可以保护电机;第三，保护注塑机免受错误操作。在此保护功能下，可以保证注塑机在标准的系统压力和系统速度下工作，若所执行的动作需要的压力和速度超过系统压力和速度，此时变频器就将进入保护状态，比如:未到熔融温度强行熔胶，因注塑机过负载工作，变频器就会通过恒速过电流进行保护，若是工频状态下，注塑机可以借助强大的动力，扭断火箭头、炮筒、螺杆或者损坏熔胶液压马达。又比如超过140bar的锁模压力强行高压锁模，变频器会对超过140bar的锁模力的执行动作进行保护，也会出现恒速过电流，工频时其锁模力还可大幅度地提高，这样机械系统将会受到致命的打击。若保证所有执行动作所需的压力和速度都在标准的系统压力和速度之内，变频器也就不会频繁保护，对注塑机本身也有很大的好处。(4)变频状态下，因电机的转速随不同的动作需求在作剧烈的变化，电机的平均转速会降低一半以上，而电机散热风扇的排量与电机转速有直接的关系，故散热的效果就会减低，电机温度会较工频状态升高10-13℃，电机温度会升到55℃左右。6结束语随着塑料制品的广泛应用及其产量的迅猛增长，塑料机械已成为建材、电子电气、石化、汽车、机械、包装等行业的重要技术装备，kv1100-z注塑机专用变频器应用在注塑机节能改造上，是行之有效的节能方法，值得向塑料制品行业大力推广。