1 引言

近幾年塑料行業(yè)發(fā)展越來越迅速，其中注塑行業(yè)也正迎來一個飛速發(fā)展的機遇，但同時同行業(yè)間的競爭也日漸激烈，各廠家除了重視產(chǎn)品質(zhì)量、品牌競爭外，也越來越重視生產(chǎn)成本的控制。從注塑機工藝過程知道，在注塑成型產(chǎn)品成本中電能量消耗成本占了很大的比例，因而能否有效減少電能損耗受到各注塑機廠家和用戶關注。隨著變頻調(diào)速技術的推廣，變頻調(diào)速在傳動控制和節(jié)能領域已日漸得到廣泛應用，尤其在泵類負載場合采用變頻控制節(jié)能效果顯著，本文以康沃注塑機專用變頻器為例介紹了注塑機變頻改造可行性和改造中常出現(xiàn)的問題及處理方法，舉例說明了注塑機變頻改造節(jié)電效果及收回情況。

2 注塑機變頻改造可行性

2.1 節(jié)能改造的提出
目前市場上的各類注塑機約90%以上是采用液壓傳動和電液比例控制方式，事實上采用電液閥控(即高壓節(jié)流)控制模式注塑機工作時存在很大的能量浪費，一般一個產(chǎn)品的注塑成型過程如圖1。

圖1 注塑過程示意圖

各個過程所需的速度和壓力因不同工藝而不同，即所需的液壓油流量不同，因而注塑機整個動作過程對油泵電機來說是個變負載過程，在定量泵注塑機液壓系統(tǒng)中，油泵電機始終是以恒定轉(zhuǎn)速提供恒定流量的液壓油，各個動作中相應多余的液壓油則通過溢流閥回流，從而造成電能的浪費，據(jù)統(tǒng)計由電液閥控模式造成電能損耗高達36~68%，根據(jù)注塑機設備工藝油泵電機耗電占整個設備耗電比例高達65~80%，因而對閥控電液模式進行節(jié)能改造具有很大潛力。

2.2節(jié)能改造原理
泵類負載工作特性可知泵的流量與轉(zhuǎn)速成比例關系，泵的揚程與轉(zhuǎn)速成平方關系，泵電機軸功率與轉(zhuǎn)速的立方關系,如下公式所示:
q2/q1=n2/n1; h2/h1=(n2/n1)2; p2/p1=(n2/n1)3
其中:q為流量; n為轉(zhuǎn)速; h為揚程。

原有注塑機系統(tǒng)采用閥門控制，當流量由qa減少到qb時由于管阻特性，工作點由a點轉(zhuǎn)移b點，消耗的功率與0qbbhb成正比，若采用變頻控制這時因閥門全開，其管理特性不變，工作點由a點轉(zhuǎn)移到c點，消耗的功率與0qbchc成正比，從圖2可知采用變頻調(diào)速比采用閥門控制節(jié)能，且隨著轉(zhuǎn)速的降低電機功率成立方關系減少，如果能根據(jù)注塑工藝適時地調(diào)節(jié)油泵電機轉(zhuǎn)速即可達到節(jié)能目的。

圖2 閥門控制與變頻控制節(jié)能比較曲線圖

目前三相異步電動機大多采用變頻調(diào)速，由電機同步轉(zhuǎn)速公式：
n=60(1-s)f/p
其中:s為轉(zhuǎn)差率; f為供電頻率; p極對數(shù)

由上式知當改變電源頻率便可改變電機轉(zhuǎn)速,因而采用注塑機比例流量閥及比例壓力閥的控制信號同步控制油泵馬達的變頻器，使油泵電機的轉(zhuǎn)速與注塑機工作所需的壓力、流量成正比，從而使溢流閥的回流量減到比較小，液壓系統(tǒng)輸出功率與注塑機生產(chǎn)所需功率相匹配，便可達到節(jié)能目的，據(jù)統(tǒng)計其單機節(jié)電率可達25%~65%。

3 康沃變頻器的應用

3.1康沃注塑機專用變頻器的特點
康沃注塑機專用變頻器(cvf-zs系列)是在通用變頻器(cvf-g2系列)的基礎上根據(jù)注塑機工作特性專門設計的變頻調(diào)速器，通過對閥控電流、電壓信號的采集，經(jīng)cpu處理后對油泵電機進行相應的調(diào)速，從而滿足注塑機工藝要求，它具有以下特點:
(1) 具有適合注塑機專用的頻率給定信號通道
通用變頻器的頻率給定信號標準為0~10v電壓信號或4~20ma電流信號，但注塑機專用變頻器的具有0~1a/10v信號接收通道，康沃zs系列變頻器可接入0~1a電流信號，而不需要另外加裝信號轉(zhuǎn)換電路。

(2) 過載能力強、響應速度快
一般注塑產(chǎn)品的周期相對較短，從10幾秒到幾分鐘，一個成型產(chǎn)品從開模到合模各個過程動作要求迅速，采用變頻控制時油泵電機負載頻繁變化，這就要求變頻器有很強的過載能力，康沃zs系列變頻器根據(jù)閥控信號進行快速升降速，加減速時間可達0.5s~1s。
康沃注塑機專用變頻器根據(jù)注塑的工藝要求設計，已在海天、震雄等品牌注塑機改造中得以成功應用。

3.2 變頻改造電路
注塑機變頻改造時采用:變頻+工頻控制方式，其控制柜主電路由電度表、zs變頻器和工頻旁路接觸器等構(gòu)成，控制電路由工頻/變頻切換開關、啟動、復位開關、指示燈等構(gòu)成。

(1) 變頻控制柜主電路
如圖3示，采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時可直接切換到工頻運行，而不影響生產(chǎn)。

圖3 注塑機改造主電路圖

圖3中zd為斷路器，k1、k2、k3為接觸器，sb3為故障復位按鈕。在改造注塑機時仍保留注塑機原有控制電路中的星-三角轉(zhuǎn)換電路，這樣可方便改造同時保持注塑原來的控制特性。

(2) 變頻控制柜控制電路
如圖4所示。

圖4 注塑機變頻柜控制電路圖

圖4中sb1為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關，選用三級開關;sb2為變頻器啟動按鈕;l1為總電源指示燈;l2為工頻運行指示燈;l3變頻運行指示燈，l4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器ta、tc輸出;km1、km2變頻運行接觸器;km3為工頻運行接觸器。

3.3 變頻主要參數(shù)設置
以康沃cvf-zs-4t0150變頻器在注塑機中應用為例，采用比例流量+比例壓力信號兩路信號控制，主要參數(shù)設定如表1所示。

表1 cvf-zs-4t0150的主要參數(shù)設定

康沃第二代注塑機專用變頻器在第一代機型的基礎上增加了兩路信號比較、信號放大等功能更加滿足注塑機不同的工藝要求。

4 調(diào)試中常出現(xiàn)的問題及處理方法

4.1調(diào)試前注意事項
注塑機變頻節(jié)能電氣改造相對比較簡單，但在改造前應詳細了解注塑機工況，熟悉注塑機工藝流程，調(diào)試時應注意以下事項:安裝前查清注塑機原有電路接線方式，包括主電路和控制電路;仔細觀察注塑機工頻運行是否正常，油泵馬達是否經(jīng)常處于過載狀態(tài)；根據(jù)注塑機的模具及注塑工藝觀察注塑機節(jié)電改造的潛能；控制信號線路注意正負極性不要接反；信號線與主回路線要分開布線等。

4.2調(diào)試常見問題及處理方法
由于注塑機工藝的特殊性，在改造中會遇到各種故障，以下為在注塑機變頻改造中常遇到的問題及處理方法。
（1） 變頻器頻率無變化
由于變頻器采用注塑機閥控電流信號進行調(diào)速，變頻器運行后出現(xiàn)頻率顯示為0.0(有的變頻器顯示為0)現(xiàn)象，其主要原因為信號極性接反;信號取錯;信號接線端口與參數(shù)設定不符;注塑機輔助電源故障等，出現(xiàn)這種故障應先查明注塑機閥控制的類別是電流信號、電壓信號還是脈沖控制信號(部分機型)，及信號正負極性是否與變頻器控制端子對應。
(2) 油泵噪音大
變頻器運行后有些注塑機會發(fā)出異常的噪音，這時應判斷噪聲源在何處，是來自電機還是油泵，若為油泵的噪音則可能原因有:注塑機液壓油過少，有空氣吸入;注塑機濾油器或油路阻塞;注塑機油泵葉片磨損較嚴重;遇到以情況應先檢查注塑機油泵，排除故障后方可運行，另外當注塑處于低速高壓工作狀態(tài)時，也會出現(xiàn)油泵噪音異常情況，這時適當提高速度信號。
(3) 溫度控制干擾
注塑機變頻器改造中常遇見的問題是改造后因干擾注塑機不能正常運行，注塑機加熱單元采用熱電偶檢測溫度，這種檢測元件容易受諧波干擾，從而造成注塑機溫度顯示和控制不準確，這時可從以下方面排除干擾:盡量縮短變頻器與注塑機電動機之間的連線，動力線用金屬軟管套裝，動力線與溫度檢測線不要靠近走線;在變頻器近端主回路線纜加裝電抗器或磁環(huán);變頻器可靠接地;或給注塑機內(nèi)部溫控電偶供電電源加阻容濾波電路，如圖5所示。

圖5 注塑機溫度干擾濾波電路圖

其中a+為熱電偶端；b+接溫度控制板，處理時即在溫度檢測(熱電偶)線路中對稱地加入以上阻、容元器件以消除干擾。

5 節(jié)能實例及收回
深圳橫崗鎮(zhèn)某電子廠主要生產(chǎn)吸塵器，其吸塵器外殼采用億利達e-140品牌注塑機注塑成型，注塑機油泵電機為三相異步電機，其功率為15kw，采用康沃cvf-zs-4t0150變頻器進行節(jié)能改造，經(jīng)測試其節(jié)能情況如表2所示。
表2 cvf-zs-4t0150變頻器節(jié)能情況

以每天工作22h，每月工作28天計算，每月節(jié)電1478.4kwh，該電子廠所在工業(yè)區(qū)電價為0.7元/kwh，一臺變頻節(jié)能控制柜投資為9300元，使用約9個月后便收回投資，同時采用變頻改后實現(xiàn)電機軟啟動;減少機械沖擊;降低液壓油溫等，該廠自去年初改造以來系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

6 結(jié)束語
隨著變頻技術的成熟，變頻器在注塑機改造中日漸得以廣泛應用，實踐證明注塑機采用變頻控制節(jié)能效果明顯，值得推廣和應用。