匯川變頻器在注塑機上的應用

1 注塑機情況簡(jiǎn)介

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的持續發(fā)展，能源問(wèn)題越來(lái)越成為了發(fā)展的瓶頸。近期國家也將節能降耗作為一項非常重要的工作來(lái)抓，節能成為當前熱門(mén)的話(huà)題。特別是一些能耗比較大的行業(yè)如注塑機、空壓機等行業(yè)，成為了節能事業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

目前我國正在應用的及新生產(chǎn)的絕大多數的注塑機都屬于液壓傳動(dòng)注塑機。液壓傳動(dòng)系統中的動(dòng)力由電機帶動(dòng)油泵提供，液壓油泵為容積式油泵，其供油量與油泵的轉速成正比，當油泵馬達以50 Hz恒速運轉時(shí)，油泵的供油量是不變的，所以稱(chēng)為定量泵。

一般塑件的生產(chǎn)過(guò)程有下面幾個(gè)環(huán)節：鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開(kāi)模。注塑機在不同工序下需要的流量和壓力不同，須依靠流量閥和壓力閥調節不同工序所需的流量和壓力。當工作所需流量較小時(shí)，油泵供油量大于執行元件所需的油量，多余的處于高壓狀態(tài)下的液壓油全部經(jīng)溢流閥回流，大量的能量通過(guò)油的溫升消耗掉。這樣既加劇了各種閥門(mén)的磨損，又造成油溫過(guò)高，而且為了降低油溫，往往還需要配額外的冷卻水循環(huán)系統，造成能量的進(jìn)一步浪費。合理的使注塑機利用能源是一個(gè)值得關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題。

2 注塑機運行現狀

注塑機行業(yè)的節能方式通常有三種：全電動(dòng)模式、比例變量泵及變頻定量泵模式。

1)全電動(dòng)模式用伺服電機作為驅動(dòng)方式，傳動(dòng)結構采用滾動(dòng)絲桿及同步皮帶。此模式節能效果明顯、加工精度高，但成本高，多應用在對工件精度要求高的場(chǎng)合。

2)比例變量泵方式比例流量閥及比例壓力閥可按照負載變化情況，調節比例變量泵的斜盤(pán)傾角，向系統輸出精確的壓力及流量，避免能量的浪費。這種方式存在的問(wèn)題是起動(dòng)用Y—△模式，起動(dòng)沖擊電流大。另外節能效果弱于全電動(dòng)及變頻定量泵，而且泵易磨損，維護成本高。

3)變頻器定量泵方式用變頻器控制油泵馬達轉速來(lái)調節流量及壓力，在規定的時(shí)間內泵的出油量剛好滿(mǎn)足各個(gè)動(dòng)作環(huán)節的流量及壓力需要，可以將溢流量控制在最小狀態(tài)，從而節約能源。利用注塑機本身的比例流量閥的電流信號來(lái)控制變頻器，使得變頻器自動(dòng)跟蹤注塑機的工作狀態(tài)、工作壓力及流量。即通過(guò)變頻器準確地調節油泵的轉速，使油泵的實(shí)際供油量滿(mǎn)足注塑機需要的工作流量，既滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又達到節能目的。節能效果與所加工工件的周期相關(guān)，通常油泵馬達的節電效果為25%~65%。存在的問(wèn)題是，系統響應速度慢、過(guò)載能力弱、低頻時(shí)壓力不穩定等。

3 注塑機行業(yè)對變頻器性能的要求

變頻器從原理上來(lái)講具有較好的節能效果，但是目前行業(yè)應用過(guò)程中卻存在很多問(wèn)題。注塑機行業(yè)變頻器使用之初因為國外變頻器成本過(guò)高，所以大量使用了國產(chǎn)變頻器。而前期國內變頻器性能及可靠性普遍較差，使得注塑機行業(yè)出現了配套廠(chǎng)家對配變頻器失去信心，而客戶(hù)端因為對變頻器了解不夠，聽(tīng)信一些廠(chǎng)家片面宣傳節能的說(shuō)法，沒(méi)有意識到變頻器改造后帶來(lái)的加工周期延長(cháng)、設備經(jīng)常保護等問(wèn)題，造成行業(yè)糾紛較多。目前大的用戶(hù)如長(cháng)虹、海爾、富士康等均選用性?xún)r(jià)比好的變頻器，而一些中小客戶(hù)出于成本的考慮，還在繼續使用一些性能較差的品牌。

注塑機行業(yè)使用變頻器存在的問(wèn)題具體表現在以下幾個(gè)方面。

1)由于變頻器存在加、減速過(guò)程，導致注塑過(guò)程經(jīng)常處于加、減速的過(guò)程中，注塑產(chǎn)品對工藝過(guò)程比較敏感，往往在加速過(guò)程中會(huì )使產(chǎn)品產(chǎn)生嚴重缺陷

所以要求加速過(guò)程要非?？?，即要求變頻器動(dòng)態(tài)響應非?？?，否則會(huì )造成成品率下降的情況。

2)變頻器控制的注塑機產(chǎn)品周期會(huì )有所加長(cháng)，使得產(chǎn)能下降。這是目前很多變頻器特別是V/f 控制變頻器在注塑機行業(yè)的技術(shù)瓶頸。因此要求變頻器有很好的動(dòng)態(tài)響應特性。

3)注塑機在合模時(shí)需要很大的壓力，采用變頻器控制時(shí)經(jīng)常會(huì )出現過(guò)流情況，所以要求變頻器有強的過(guò)載能力。

4)變頻器作為一個(gè)干擾源經(jīng)常對注塑機的溫度板、動(dòng)作順序會(huì )有一定程度的干擾，所以要求變頻器一定要作抗干擾處理。

4 匯川注塑機變頻器介紹

MD系列變頻器是匯川推出的代表未來(lái)變頻器發(fā)展方向的新一代電流矢量型變頻器。通過(guò)獨特的矢量控制算法，將普通異步電機的定子電流解耦成勵磁電流和轉矩電流，使對異步電機的控制達到直流電機的控制效果。矢量控制相比傳統的V/f控制，低頻力矩更大，動(dòng)態(tài)響應快，速度控制精度更高。隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)的升級，設備對變頻器性能要求逐漸提高，而在不提高成本的情況下的性能提升，對客戶(hù)來(lái)說(shuō)很有價(jià)值。

矢量控制的核心是對電機電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在驅動(dòng)同樣的負載時(shí)電流更低，變頻器溫升低。同樣的變頻器硬件平臺，矢量控制相比V/f 控制，變頻器故障率更低。

匯川公司針對中國的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，從可靠性角度出發(fā)，對MD系列做了如下技術(shù)處理：

1)7.5 kW 以上變頻器標準內置直流電抗器，降低了電源諧波的不良影響，減少整流橋的故障，延長(cháng)電容的使用壽命;

2)超強的低電壓適應能力，在額定電壓下降20%時(shí)可正常工作，低電壓環(huán)境下使用無(wú)憂(yōu);

3)獨特的上電安全檢測技術(shù)，避免變頻器上電輸出對地短路炸機;

4)獨立風(fēng)道設計，對惡劣環(huán)境的適應性更強;

5)獨特的三防漆處理技術(shù)，對于金屬粉塵、潮濕及腐蝕等環(huán)境有較強的適應能力。

產(chǎn)品的高可靠性解除了配套廠(chǎng)家對產(chǎn)品穩定性的顧慮，已經(jīng)有行業(yè)的配套客戶(hù)使用匯川變頻器達三年之久。

匯川注塑機用變頻器分為兩種型號：一種是在匯川通用型變頻器MD300 的基礎上加上一塊單通道的注塑機專(zhuān)用卡;另外一種是在MD320變頻器的基礎上，加上一塊雙通道注塑機專(zhuān)用卡。

單通道MD30IN卡是匯川公司推出的與MD300系列變頻器配套使用的注塑機控制卡。它可以直接輸入0~1 A(通過(guò)AI-COM 端子)直流電流信號或0~24 V(通過(guò)AV-COM 端子)直流電壓信號，經(jīng)過(guò)光耦隔離處理后，轉換成0~10 V電壓信號通過(guò)擴展卡接口，直接在內部連接到變頻器的AI1 接口，用戶(hù)外部不需要另外接模擬信號線(xiàn)。

雙通道MD32IN卡是匯川公司推出的與MD320系列變頻器配套使用的注塑機控制卡。擴展卡上配有了2個(gè)獨立的模擬信號輸入口，可以輸入0~1 A的電流信號以及0~10 V的電壓信號，滿(mǎn)足絕大部分注塑機工藝要求。匯川矢量型變頻器，改進(jìn)了傳統V/f變頻器低頻力矩小的特點(diǎn)，使變頻器在0.5 Hz可以輸出150%的額定轉矩，全面滿(mǎn)足注塑機在低流量時(shí)的壓力要求，使設備工作更穩定。最值得一提的是，匯川矢量型變頻器不僅在硬件方面進(jìn)行了改進(jìn)，在軟件方面也做出了相應的變化。針對注塑機的工藝過(guò)程，增加了一套獨特的頻率輸出計算方式，采用了模擬頻率和多段速頻率疊加的獨特頻率輸出方式，即f(最終頻率)=f(模擬信號)+f(多段速頻率)，這樣就可以把接入注塑機上的各個(gè)工藝段的開(kāi)關(guān)量信號進(jìn)行多段速補償，使設備的性能全面化，同時(shí)在調試的時(shí)候更加簡(jiǎn)單。這樣的設計，不僅可以適用配套生產(chǎn)，同時(shí)也可以進(jìn)行節能改造，在應用的廣度上更進(jìn)一步。

5 匯川變頻器用于注塑機的線(xiàn)路簡(jiǎn)圖

匯川變頻器用于注塑機的線(xiàn)路簡(jiǎn)圖如圖1所示。

6 匯川變頻器在注塑機行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢

1)匯川變頻器為電流矢量控制方式，起動(dòng)轉矩大，0.5 Hz 可以達到150%的額定轉矩;動(dòng)態(tài)響應快，階躍轉矩響應時(shí)間 200 ms;穩速精度為0.5%。動(dòng)態(tài)響應快，有效解決了目前困擾注塑行業(yè)用變頻器后加工周期變長(cháng)的痼疾。

2)匯川注塑機專(zhuān)用變頻器獨特的轉矩控制性能，在不影響瞬間力矩的情況下對過(guò)電流進(jìn)行有效控制，避免了變頻器頻繁保護或大電流燒壞變頻器的現象，給配套廠(chǎng)家提供了信心。

3)MD300系列變頻器模擬量輸入與頻率的對應關(guān)系可以設為折線(xiàn)式，可設置兩個(gè)拐點(diǎn)，便于滿(mǎn)足鎖模時(shí)所需要的強大的壓力。同時(shí)矢量變頻器的控制特性，使得負載電流得以有效控制，針對于注塑機行業(yè)的專(zhuān)機設計，有效避免了傳統變頻器易過(guò)流保護的通病。

4)MD30IN 可直接接受0~1A 的電流信號，可直接從比例流量閥獲取轉速控制信號。

5)MD32IN可以接受0~1A電流的信號及0~10V的電壓信號，對注塑機一些工藝段的采集信號進(jìn)行補償，達到完美的控制效果。

6)針對于國內電網(wǎng)的現狀及多數變頻器易引起電源波形畸變的現象，匯川變頻器標準內置直流電抗器，改善了變頻器的運行工況，并將節能系統運行的功率因數提高到約0.95，從而可以預防因電網(wǎng)質(zhì)量差而造成的整流橋或濾波電容損壞的情況，有效地降低了變頻器的故障率。

7 注塑機使用變頻器時(shí)的注意事項

7.1 變頻器的選型

在對變頻器選型時(shí)應根據負荷的性質(zhì)和要求來(lái)定。因注塑機的負載性質(zhì)是恒轉矩類(lèi)，機械特性較硬,動(dòng)態(tài)特性要求較高，所以應選用高性能矢量控制變頻器，一般的V/f控制變頻器很難滿(mǎn)足快速響應的要求。

7.2 變頻器容量的選擇

在選配變頻器容量前，應實(shí)測一下注塑機在各個(gè)工序過(guò)程中，油泵電機工頻狀態(tài)運行的最大負荷電流，以此作為選擇變頻器容量的依據。變頻器的額定電流最好為控制電機額定電流的1.1~1.5 倍，電壓等級應與控制電機相符。

7.3 變頻器的調試

矢量控制對電機參數有一定的依賴(lài)性，在使用設備之前，要求變頻器對電機進(jìn)行空載參數辨識，以保證變頻器獲得準確的電機參數，達到良好的控制效果。

7.4 變頻器的安裝環(huán)境

因為塑膠廠(chǎng)環(huán)境溫度高，塑料粉塵多，因此節能裝置的柜體要設計合理，柜內變頻器周?chē)鷳糇銐虻目臻g，保證良好的通風(fēng)渠道，并加裝冷卻風(fēng)扇以強迫風(fēng)冷?，F場(chǎng)需安裝在通風(fēng)良好，遠離熱源和塵埃多的地方。

7.5 變頻器對注塑機工作的干擾處理

變頻器的輸入和輸出電流中都會(huì )有一定量的高次諧波成分，因此便形成了干擾注塑機正常工作的信號。應采取以下措施：

1)不要將變頻器的輸入、輸出電纜與變頻器的控制信號線(xiàn)(包括其它設備的控制信號線(xiàn))平行走線(xiàn)或捆扎在一起;

2)在變頻器的輸出側加裝磁環(huán)(抗共模干擾零相電抗器)減小高次諧波電流，特殊情況輸入側也需要加裝磁環(huán);

3)變頻器的外殼必須可靠接地。