◆注塑機單臺功率（11kw）

                 注塑機節(jié)能方案

伺服精密無感矢量控制

注塑機節(jié)能改造方案

一．前言

我國已持續(xù)近兩年的電力供應(yīng)短缺的現(xiàn)象，到2004年形勢更加嚴(yán)峻，上半年出現(xiàn)拉閘限電的省市區(qū)已經(jīng)達(dá)到24個。今年上半年，電力需求受9.7%GDP增長拉動，繼續(xù)高速增長，并呈“工業(yè)用電繼續(xù)保持快速增長，高耗電行業(yè)用電增長居高不下”的特征。而電力供應(yīng)能力則增加有限，出現(xiàn)持續(xù)供應(yīng)不足的局面，致使電力供需矛盾緊張，缺電范圍和持續(xù)缺電地區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大。

對于塑料制品行業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設(shè)備之一，注塑機的能耗成為注塑行業(yè)降低成本，提高產(chǎn)品競爭力的有效途徑。

目前絕大多數(shù)的注塑機都屬于液壓傳動注塑機，液壓傳動系統(tǒng)中的動力由電機帶動油泵提供。在注塑周期過程中的變化，注塑機在不同工序下需要的流量和壓力不同，必須依靠流量閥和壓力閥調(diào)節(jié)不同工序所須的流量和壓力不同，以及負(fù)荷變化很大，由于定量泵不可調(diào)節(jié)輸出功率，因此多余的能量只能在擋板，油路泄露，油的溫升中消耗，加劇了各種閥的的磨損，又造成油溫過高，電機噪音過大，以及機械壽命縮短等現(xiàn)象。并且通常在設(shè)計電機的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的在量浪費。因此推交置在注塑機上的應(yīng)用，對于減少能源費具有重要意義。

二．注塑機工作原理及改造的必然性

注塑過程一般分為以下步驟：鎖?！⑸浔骸勰z加料→冷卻定型→開模頂針。每一動作的完成都有時間、壓力、速度、位置等幾個參數(shù)的精妙配合，也就是說在某一位置的位移都有相應(yīng)的壓力和速度，且在不同的位置和時間內(nèi)其壓力和速度都是可變的。同時每一動作完成后發(fā)出終止信號傳送給程序控制器，程序控制器收到信號后才發(fā)出執(zhí)行下一動作的指令。此外注塑機系統(tǒng)本身還存在一些弱點：

*、注塑機動作內(nèi)部有著十分劇烈的突變過程：如鎖模過程中，快速鎖?！俚蛪鹤o(hù)?！邏焊咚冁i模的工況突變就很劇烈的；又如注射過程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過程工況也是很劇烈的，對機器的沖擊非常大，影響了整個注塑系統(tǒng)的壽命。

第二、動作油路制動達(dá)不到設(shè)計的精度，油路制動的開閉取決于電磁閥，而電磁閥的動作又取決于過程控制器提供的電壓和電流，因大多數(shù)注塑機都沒有死循環(huán)控制，閥的開閉精度就會大打折扣，尤其是閥的開閉程度在10%以下和90%以上時，某一動作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復(fù)精度。

第三 、執(zhí)行動作的油缸本身有油封破損，內(nèi)泄現(xiàn)象，執(zhí)行動作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)時間內(nèi)，負(fù)載的實際耗油量均小于油泵的供油量，造成高壓狀態(tài)下的液壓油部分經(jīng)溢流閥、比例閥等液壓元件溢出。該溢流部分不僅未作任何有用功，而且產(chǎn)生熱量，造成液壓油發(fā)熱，既耗能，又有害。采用注塑機的伺服無感矢量運行，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減少巨大的機械沖擊，延長系統(tǒng)使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。

第四 、很多客戶以前采用變頻器控制技術(shù)V/F控制方式和同步伺服更換油泵及電機控制為了達(dá)到高效的節(jié)能效果，我公司的伺服精密無感矢量控制在和同步伺服的情況下相比較我們的伺服比同步伺服更好。優(yōu)點是：伺服精密無感不用更換電機和油泵（優(yōu)點），同步伺服必須更換電機和油泵（缺點）同步伺服不是在注塑機每個動作都可以調(diào)節(jié)只有在注塑機控制系統(tǒng)面板調(diào)節(jié)(缺點)伺服精密無感矢量可以在不改變原有的控制方式可以隨時可以調(diào)節(jié)所有的注塑機的動作的流量大小及速度扭矩控制（優(yōu)點）。

三、注塑機伺服無感矢量原理

3.1伺服無感矢量節(jié)能改造原理

傳統(tǒng)的注塑機是采用變頻器和同步伺服改造節(jié)能讓定量泵變?yōu)樽兞勘茫?/p>

這*種方式V/F控制節(jié)能效果差影響產(chǎn)品周期及效益（投資?。?/p>

第二種方式同步伺服控制節(jié)能效果好精密度高不影響周期（投資費用高）維修不方便無法讓原有系統(tǒng)運行影響客戶生產(chǎn)。

第三種方式伺服精密無感矢量控制節(jié)能效果和同步效果一樣不影響周期（投資費用中）維修方便可以切換原有系統(tǒng)運行不影響客戶使用。

原注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求也不一樣，它是通過注塑機的比例閥采用溢流調(diào)節(jié)的方式將多余的油旁路流回油箱，在整個過程中，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是不變的扭矩不大，故供油量也是固定的，而由于執(zhí)行動作是間隙性的，也并不可能是滿負(fù)載的，因此定量供油就有很大的浪費空間，據(jù)實測至少有50%左右。伺服精密無感矢量節(jié)能正是針對這一浪費空間，實時檢測來自注塑機數(shù)控系統(tǒng)的每個動作控制及比例壓力和比例流量信號，適時調(diào)整各個工況動作所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)速及扭矩(即流量調(diào)節(jié))，讓泵出的流量和壓力，剛好能滿足系統(tǒng)的需要，而在非動作狀態(tài)時（主要是在冷卻狀態(tài)及保壓），讓馬達(dá)停止運行，這樣節(jié)能空間就進(jìn)一步地增大了，故對注塑機進(jìn)行伺服無感精密矢量節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。

伺服無感矢量控制框架流程圖

3．2伺服無感矢量節(jié)能裝置的控制系統(tǒng)

四、伺服無感矢量控制特點

伺服精密無感矢量是適用于注塑機及壓鑄機節(jié)能打造異步電動機變?yōu)橥剿欧妱訖C控制技術(shù)軟件，采用優(yōu)良精密的控制策略使其具有較快的動態(tài)響應(yīng)，*的電流限制技術(shù)和硬件優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品具有*的過載能力，能保證在負(fù)載頻繁波動的情況下，伺服精密無感矢量不跳閘。并具有以下特點：

1．高可靠性

*的可靠性設(shè)計方案：如冗余設(shè)計，降額設(shè)計等，所有元器件全部采用工業(yè)或*等級，關(guān)鍵元器件全部采用進(jìn)口元件，如三菱IPM模塊、BHC電容、IXYS整流橋等。關(guān)鍵電路全部采用高集成度厚膜IC，從而保證整機的可靠性；

2．市電分析耗電量

單泵注塑機11kw 1臺、  負(fù)載率為：60%

電機功率為：11kw 電機極數(shù)6p  電機電流為：28A 380V 電費按照平均值計算取0.85元/ 度:

根據(jù)上面的實際數(shù)據(jù)計算每月改造前注塑機每年耗電量為：6.65萬度電量，每年消耗的人民幣為

：5.65萬元左右。

伺服精密無感矢量節(jié)能分析

電機功率為：11kw 電機總電流為：28A 380V 電費按照平均值計算取0.85元/ 度節(jié)電率取40%計算

原有的改造前每年消耗的人民幣是5.655萬元 – 節(jié)能的改造后每年消耗的人民幣是3.393元=2.26元節(jié)約的人民為2.26萬左右，客戶投資設(shè)備費用在一年左右收回成本。

設(shè)備整套系統(tǒng)包調(diào)試為1.1萬，本系統(tǒng)不報跨現(xiàn)場設(shè)備配線及輔料等。

保留注塑機原有控制方式油路不變，采用*的微電腦控制技術(shù)，使定量泵變伺服精密節(jié)能泵，注塑機液壓系統(tǒng)與整機運行所需要的功率匹配，無高壓節(jié)流溢流能量之損失，提高油泵電機功率因素至0.96以上，節(jié)電率一般達(dá)30%~60%，所有投資費用在6~18個月便可收回。

3．軟啟動節(jié)能

由于電機為直接啟動或Y/Δ啟動，啟動電流等于（3-7）倍額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的損壞，而且會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用伺服精密無感矢量節(jié)能改造后，用伺服無感矢量控制啟動功能將使啟動電流從零開始，大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電的要求延長了設(shè)備和模具的使用壽命。

4．動態(tài)功率因數(shù)補償節(jié)能

 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是因為功率因數(shù)的降低。由公式S²=P²+Q²

Q=S*SINΦ，P=S*COSΦ，其中：S-視在功率，Q-無功功率，P-有功功率，COSΦ-功率因數(shù)。可知當(dāng)COSΦ越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑機COSΦ值在0。6-0。8之間，而使用伺服無感矢量調(diào)扭矩節(jié)能控制裝置后，由于伺服無感矢量控制內(nèi)部有濾波電容使得COSΦ≈1，從而減小了無功損耗，增大了電網(wǎng)的有功功率。

5．*的過載能力和動態(tài)響應(yīng)速度

伺服精密無感矢量控制采用*的控制算法和*的限流技術(shù)，確保在注塑過程中，能承受起啟停重負(fù)載的沖擊而不跳閘，以確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性。高速的動態(tài)響應(yīng)，大限度減小制品成形周期的延遲現(xiàn)象。

*的EMC設(shè)計:伺服無感矢量控制采用*的EMC設(shè)計方案，內(nèi)部布局優(yōu)化設(shè)計，采用多種EMI對策，確保對注塑機電氣系統(tǒng)的干擾減小到小，保證其工作的穩(wěn)定性。

五.結(jié)束語

     隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、電子電氣、石化、汽車、機械、包裝等行業(yè)的重要技術(shù)裝備，伺服精密無感矢量控制應(yīng)用在注塑機節(jié)能改造上，是行之有效的節(jié)能方法，值得向塑料制品行業(yè)大力推廣。