1、引言 　　 近幾年塑料行業發展越來越迅速，其中注塑行業也正迎來一個飛速發展的機遇。但同時行業內的競爭也日漸激烈，各廠家除了重視產品質量和品牌外，也越來越重視生產成本的控制。從注塑機工藝過程知道，在注塑成型產品成本中，電能消耗成本占了很大的比例，因而能否有效減少電能損耗，受到了各注塑機廠家和用戶的關注。隨著變頻調速技術的推廣，變頻調速在傳動控制和節能領域已日漸得到了廣泛應用，尤其在泵類負載場合采用變頻控制節能效果顯著。本文以康沃注塑機專用型變頻器為例，介紹了注塑機變頻改造的可行性和改造中常出現的問題及相應處理方法，并統計了某注塑機變頻改造項目的節電效果及投資成本的回收情況。 　　 2、注塑機變頻改造可行性 　　 2.1節能改造的提出 　　 目前市場上的各類注塑機約90%以上采用液壓傳動和電液比例控制方式。事實上，在采用電液閥控（即高壓節流）控制模式的情況下，注塑機工作時存在很大的能量浪費。圖1為一般產品的注塑成型的過程示意圖。 [ALIGN=CENTER] 注塑成型工藝過程示意圖[/ALIGN] 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中，油泵電機始終以恒定轉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。據統計，由電液閥控模式造成電能損耗高達36～68%；根據注塑機設備工藝，油泵電機耗電占整個設備耗電比例高達65～80%。因此，對閥控電液模式進行節能改造具有很大的潛力。 　　 2.2節能改造原理 　　 由泵類負載的工作特性可知，泵的流量與轉速成正比，泵的揚程與轉速的平方成正比，泵電機軸功率與轉速的立方成正比,如下述公式所示: 　　 Q2/Q1=N2/N1 ；H2/H1=（N2/N1）2 ；P2/P1=（N2/N1）3 　　 其中Q為流量、N為轉速、H為揚程。 [ALIGN=CENTER] 圖2：閥門控制與變頻控制節能比較[/ALIGN] 圖2給出了閥門控制與變頻控制兩種模式下的節能效果比較。原有注塑機系統采用閥門控制，當流量由QA減少到QB時，由于管阻特性，工作點由A點轉移B點，消耗的功率與0EBF的面積成正比。若采用變頻控制，這時因閥門全開，其管阻特性不變，工作點由A點轉移到C點，消耗的功率與0ECH的面積成正比。因此，從圖2中可以看出，采用變頻調速比閥門控制更加節能，且隨著轉速的降低，電機輸出功率成立方關系減少。這樣，根據注塑工藝適時地調節油泵電機的轉速，即可達到節能的目的。 　　 目前三相異步電動機大多采用變頻調速，由電機同步轉速公式： 　　 n=60（1-S）f/p 其中，n為電機轉速；s為轉差率；f為供電頻率；p為極對數。 　　 由上式可知，改變電源頻率即可改變電機轉速。因此，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最小，液壓系統輸出與注塑機生產所需功率相匹配，便可達到節能目的。據統計，其單機節電率可達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，根據注塑機工作特性專門設計的變頻調速器。通過對閥控電流、電壓信號的采集，經CPU處理后對油泵電機進行相應的調速，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則需具有0～1A/10V信號接收通道。康沃ZS系列變頻器可直接入0～1A電流信號，而不需要另外加裝信號轉換電路。 　　 （2） 過載能力強、響應速度快 　　 一般注塑產品的工藝周期相對較短，從10幾秒到幾分鐘不等。一個成型產品從開模到合模，要求各個過程動作迅速。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系列變頻器根據閥控信號進行快速升降速，加減速時間可達0.5～1s。 　　 康沃注塑機專用變頻器根據注塑的工藝要求設計，已在海天、震雄等品牌的注塑機改造中得到了成功應用。 　　 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、指示燈等構成。 　　 （1） 變頻控制柜主電路 　　 圖3給出了注塑機變頻節能改造的主電路圖。圖中，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-三角轉換電路，這樣可方便改造同時保持注塑原來的控制特性。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。 [ALIGN=CENTER] 注塑機變頻節能改造主電路圖 [/ALIGN] （2）變頻控制柜控制電路 　　 圖4為注塑機變頻柜的控制電路框圖。圖中，SB1為工頻/變頻轉換開關，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。 [ALIGN=CENTER] 注塑機變頻柜控制電路框圖[/ALIGN] 3.3變頻主要參數設置 　　 以康沃CVF-ZS-4T0150變頻器在注塑機中的應用為例，變頻器采用比例流量＋比例壓力兩路信號控制，主要參數設定如表1所示。 　　 表1：CVF-ZS-4T0150的主要參數設定 　　參數 　　設定值 　　意 義 　　代碼 　　設定值 　　意 義 　　 　　b-0 　　3 　　注塑機專用參數 　　H-11 　　0.5 　　故障恢復時間 　　 　　b-2 　　3 　　注塑機專用設定 　　S-0 　　2 　　取兩路信號 　　 　　b-4 　　380 　　電機額定電壓 　　S-1 　　 0.8 　　 流量比例信號為主 　　 　　b-5 　　 60 　　 電機額定電流 　　 S-2 　　 0.2 　　 流量壓力信號為輔 　　 　　b-6 　　 50 　　 電機額定頻率 　　 S-3 　　 0.15 　　 最小信號值1 　　 　　b-7 　　 1450 　　 電機額定轉速 　　 S-4 　　 5.0 　　 最小頻率1 　　 　　L-0 　　 0 　　 恒轉矩曲線 　　 S-5 　　 0.8 　　 最大信號值1 　　 　　L-1 　　 4 　　 低頻轉矩補償 　　 S-6 　　 46 　　 最大頻率1 　　 　　L-7 　　 0.7 　　 加速時間 　　 S-7 　　 0.15 　　 最小信號值1 　　 　　L-8 　　 0.8 　　 加速時間 　　 S-8 　　 5 　　 最小頻率1 　　 　　L-26 　　 1 　　 外部運行命令 　　 S-9 　　 0.7 　　 最大信號值1 　　 　　H-3 　　 1 　　 自動節能運行 　　 S-10 　　 46 　　 最大頻率1 　　 　　H-10 　　 3 　　 故障恢復次數 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、信號取大等功能，更加滿足注塑機不同的工藝要求。 　　 4、調試中常出現的問題及處理方法 　　 4.1調試前注意事項 　　 注塑機變頻節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，油泵馬達是否經常處于過載狀態；根據注塑機的模具及注塑工藝觀察注塑機節電改造的潛能；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速，變頻器運行后可能出現頻率顯示為0.0（有的變頻器顯示為0）現象，其主要原因包括：信號極性接反；信號取錯；信號接線端口與參數設定不符；注塑機輔助電源故障等。出現這種故障時，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。遇到該情況應先檢查注塑機油泵，排除故障后方可運行。另外，當注塑機處于低速高壓工作狀態時，也會出現油泵噪音異常情況，這時應適當提高速度給定。 　　 （3）溫度控制干擾 　　 另一個注塑機變頻器改造中常遇見的問題，是改造后注塑機因干擾不能正常運行。注塑機加熱單元一般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上加裝電抗器或磁環；變頻器可靠接地；或給注塑機內部溫控電偶供電電源加阻容濾波電路，如圖5所示。 　　 [ALIGN=CENTER] 注塑機溫度干擾濾波電路圖[/ALIGN] 圖中，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、節能實例及收回 　　 深圳橫崗鎮某電子廠主要生產吸塵器，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15kW三相異步電動機，采用康沃注塑機專用型變頻器CVF-ZS-4T0150進行節能改造。經統計，其節能情況如下： 　　 　　耗電量/小時 　　耗電量kWh/月 　　節電率 　　月節電量 　　月節省電費 　　 　　市電運行 　　6.6 kWh 　　4065．6 　　36% 　　1478．4 kWh 　　1034．6元 　　 　　變頻運行 　　4.2 kWh 　　2587．2 　　 以每天工作22小時，每月工作28天計算，每月節電1478.4KWh，該電子廠所在工業區電價為0.7元/KWh，一臺變頻節能控制柜投資為9300元，使用約9個月后便收回投資。同時，采用變頻改造后實現了電機的軟啟動，可減少機械沖擊，并降低液壓油溫等。該廠自去年初改造以來，系統運行穩定。 　　 6、結論 　　 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能效果明顯，值得推廣和應用