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

圖1 注塑過(guò)程示意圖

各個(gè)過(guò)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(jī)整個(gè)動(dòng)作過(guò)程對(duì)油泵電機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)變負(fù)載過(guò)程，在定量泵注塑機(jī)液壓系統(tǒng)中，油泵電機(jī)始終是以恒定轉(zhuǎn)速提供恒定流量的液壓油，各個(gè)動(dòng)作中相應(yīng)多余的液壓油則通過(guò)溢流閥回流，從而造成電能的浪費(fèi)，據(jù)統(tǒng)計(jì)由電液閥控模式造成電能損耗高達(dá)36~68%，根據(jù)注塑機(jī)設(shè)備工藝油泵電機(jī)耗電占整個(gè)設(shè)備耗電比例高達(dá)65~80%，因而對(duì)閥控電液模式進(jìn)行節(jié)能改造具有很大潛力。

2.2節(jié)能改造原理
泵類負(fù)載工作特性可知泵的流量與轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系，泵電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的立方關(guān)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(yáng)程。

原有注塑機(jī)系統(tǒng)采用閥門(mén)控制，當(dāng)流量由qa減少到qb時(shí)由于管阻特性，工作點(diǎn)由a點(diǎn)轉(zhuǎn)移b點(diǎn)，消耗的功率與0qbbhb成正比，若采用變頻控制這時(shí)因閥門(mén)全開(kāi)，其管理特性不變，工作點(diǎn)由a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到c點(diǎn)，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(mén)控制節(jié)能，且隨著轉(zhuǎn)速的降低電機(jī)功率成立方關(guān)系減少，如果能根據(jù)注塑工藝適時(shí)地調(diào)節(jié)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速即可達(dá)到節(jié)能目的。

圖2 閥門(mén)控制與變頻控制節(jié)能比較曲線圖

目前三相異步電動(dòng)機(jī)大多采用變頻調(diào)速，由電機(jī)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(duì)數(shù)

由上式知當(dāng)改變電源頻率便可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,因而采用注塑機(jī)比例流量閥及比例壓力閥的控制信號(hào)同步控制油泵馬達(dá)的變頻器，使油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)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(jī)生產(chǎn)所需功率相匹配，便可達(dá)到節(jié)能目的，據(jù)統(tǒng)計(jì)其單機(jī)節(jié)電率可達(dá)25%~65%。

3 康沃變頻器的應(yīng)用

3.1康沃注塑機(jī)專用變頻器的特點(diǎn)
康沃注塑機(jī)專用變頻器(cvf-zs系列)是在通用變頻器(cvf-g2系列)的基礎(chǔ)上根據(jù)注塑機(jī)工作特性專門(mén)設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速器，通過(guò)對(duì)閥控電流、電壓信號(hào)的采集，經(jīng)cpu處理后對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)速，從而滿足注塑機(jī)工藝要求，它具有以下特點(diǎn):
(1) 具有適合注塑機(jī)專用的頻率給定信號(hào)通道
通用變頻器的頻率給定信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為0~10v電壓信號(hào)或4~20ma電流信號(hào)，但注塑機(jī)專用變頻器的具有0~1a/10v信號(hào)接收通道，康沃zs系列變頻器可接入0~1a電流信號(hào)，而不需要另外加裝信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。

(2) 過(guò)載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快
一般注塑產(chǎn)品的周期相對(duì)較短，從10幾秒到幾分鐘，一個(gè)成型產(chǎn)品從開(kāi)模到合模各個(gè)過(guò)程動(dòng)作要求迅速，采用變頻控制時(shí)油泵電機(jī)負(fù)載頻繁變化，這就要求變頻器有很強(qiáng)的過(guò)載能力，康沃zs系列變頻器根據(jù)閥控信號(hào)進(jìn)行快速升降速，加減速時(shí)間可達(dá)0.5s~1s。
康沃注塑機(jī)專用變頻器根據(jù)注塑的工藝要求設(shè)計(jì)，已在海天、震雄等品牌注塑機(jī)改造中得以成功應(yīng)用。

3.2 變頻改造電路
注塑機(jī)變頻改造時(shí)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(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、復(fù)位開(kāi)關(guān)、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(shí)可直接切換到工頻運(yùn)行，而不影響生產(chǎn)。

圖3 注塑機(jī)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(fù)位按鈕。在改造注塑機(jī)時(shí)仍保留注塑機(jī)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(shí)保持注塑原來(lái)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(jī)變頻柜控制電路圖

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

3.3 變頻主要參數(shù)設(shè)置
以康沃cvf-zs-4t0150變頻器在注塑機(jī)中應(yīng)用為例，采用比例流量+比例壓力信號(hào)兩路信號(hào)控制，主要參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 cvf-zs-4t0150的主要參數(shù)設(shè)定

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

4 調(diào)試中常出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法

4.1調(diào)試前注意事項(xiàng)
注塑機(jī)變頻節(jié)能電氣改造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但在改造前應(yīng)詳細(xì)了解注塑機(jī)工況，熟悉注塑機(jī)工藝流程，調(diào)試時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):安裝前查清注塑機(jī)原有電路接線方式，包括主電路和控制電路;仔細(xì)觀察注塑機(jī)工頻運(yùn)行是否正常，油泵馬達(dá)是否經(jīng)常處于過(guò)載狀態(tài)；根據(jù)注塑機(jī)的模具及注塑工藝觀察注塑機(jī)節(jié)電改造的潛能；控制信號(hào)線路注意正負(fù)極性不要接反；信號(hào)線與主回路線要分開(kāi)布線等。

4.2調(diào)試常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法
由于注塑機(jī)工藝的特殊性，在改造中會(huì)遇到各種故障，以下為在注塑機(jī)變頻改造中常遇到的問(wèn)題及處理方法。
（1） 變頻器頻率無(wú)變化
由于變頻器采用注塑機(jī)閥控電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)速，變頻器運(yùn)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?yàn)樾盘?hào)極性接反;信號(hào)取錯(cuò);信號(hào)接線端口與參數(shù)設(shè)定不符;注塑機(jī)輔助電源故障等，出現(xiàn)這種故障應(yīng)先查明注塑機(jī)閥控制的類別是電流信號(hào)、電壓信號(hào)還是脈沖控制信號(hào)(部分機(jī)型)，及信號(hào)正負(fù)極性是否與變頻器控制端子對(duì)應(yīng)。
(2) 油泵噪音大
變頻器運(yùn)行后有些注塑機(jī)會(huì)發(fā)出異常的噪音，這時(shí)應(yīng)判斷噪聲源在何處，是來(lái)自電機(jī)還是油泵，若為油泵的噪音則可能原因有:注塑機(jī)液壓油過(guò)少，有空氣吸入;注塑機(jī)濾油器或油路阻塞;注塑機(jī)油泵葉片磨損較嚴(yán)重;遇到以情況應(yīng)先檢查注塑機(jī)油泵，排除故障后方可運(yùn)行，另外當(dāng)注塑處于低速高壓工作狀態(tài)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)油泵噪音異常情況，這時(shí)適當(dāng)提高速度信號(hào)。
(3) 溫度控制干擾
注塑機(jī)變頻器改造中常遇見(jiàn)的問(wèn)題是改造后因干擾注塑機(jī)不能正常運(yùn)行，注塑機(jī)加熱單元采用熱電偶檢測(cè)溫度，這種檢測(cè)元件容易受諧波干擾，從而造成注塑機(jī)溫度顯示和控制不準(zhǔn)確，這時(shí)可從以下方面排除干擾:盡量縮短變頻器與注塑機(jī)電動(dòng)機(jī)之間的連線，動(dòng)力線用金屬軟管套裝，動(dòng)力線與溫度檢測(cè)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(jī)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(jī)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(shí)即在溫度檢測(cè)(熱電偶)線路中對(duì)稱地加入以上阻、容元器件以消除干擾。

5 節(jié)能實(shí)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(dá)e-140品牌注塑機(jī)注塑成型，注塑機(jī)油泵電機(jī)為三相異步電機(jī)，其功率為15kw，采用康沃cvf-zs-4t0150變頻器進(jìn)行節(jié)能改造，經(jīng)測(cè)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(jì)算，每月節(jié)電1478.4kwh，該電子廠所在工業(yè)區(qū)電價(jià)為0.7元/kwh，一臺(tái)變頻節(jié)能控制柜投資為9300元，使用約9個(gè)月后便收回投資，同時(shí)采用變頻改后實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng);減少機(jī)械沖擊;降低液壓油溫等，該廠自去年初改造以來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。