匯川變頻器在注塑機上的應用

1 注塑機情況簡介

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387542.htm

隨著我國經濟的持續發展，能源問題越來越成為了發展的瓶頸。近期國家也將節能降耗作為一項非常重要的工作來抓，節能成為當前熱門的話題。特別是一些能耗比較大的行業如注塑機、空壓機等行業，成為了節能事業關注的焦點。

目前我國正在應用的及新生產的絕大多數的注塑機都屬於液壓傳動注塑機。液壓傳動系統中的動力由電機帶動油泵提供，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恆速運轉時，油泵的供油量是不變的，所以稱為定量泵。

一般塑件的生產過程有下面幾個環節：鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模。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，油泵供油量大於執行元件所需的油量，多餘的處於高壓狀態下的液壓油全部經溢流閥回流，大量的能量通過油的溫升消耗掉。這樣既加劇了各種閥門的磨損，又造成油溫過高，而且為了降低油溫，往往還需要配額外的冷卻水循環系統，造成能量的進一步浪費。合理的使注塑機利用能源是一個值得關注的技術問題。

2 注塑機運行現狀

注塑機行業的節能方式通常有三種：全電動模式、比例變量泵及變頻定量泵模式。

1)全電動模式用伺服電機作為驅動方式，傳動結構採用滾動絲杆及同步皮帶。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。這種方式存在的問題是起動用Y—△模式，起動衝擊電流大。另外節能效果弱於全電動及變頻定量泵，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調節流量及壓力，在規定的時間內泵的出油量剛好滿足各個動作環節的流量及壓力需要，可以將溢流量控制在最小狀態，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控制變頻器，使得變頻器自動跟蹤注塑機的工作狀態、工作壓力及流量。即通過變頻器準確地調節油泵的轉速，使油泵的實際供油量滿足注塑機需要的工作流量，既滿足生產需要，又達到節能目的。節能效果與所加工工件的周期相關，通常油泵馬達的節電效果為25%~65%。存在的問題是，系統響應速度慢、過載能力弱、低頻時壓力不穩定等。

3 注塑機行業對變頻器性能的要求

變頻器從原理上來講具有較好的節能效果，但是目前行業應用過程中卻存在很多問題。注塑機行業變頻器使用之初因為國外變頻器成本過高，所以大量使用了國產變頻器。而前期國內變頻器性能及可靠性普遍較差，使得注塑機行業出現了配套廠家對配變頻器失去信心，而客戶端因為對變頻器了解不夠，聽信一些廠家片面宣傳節能的說法，沒有意識到變頻器改造後帶來的加工周期延長、設備經常保護等問題，造成行業糾紛較多。目前大的用戶如長虹、海爾、富士康等均選用性價比好的變頻器，而一些中小客戶出於成本的考慮，還在繼續使用一些性能較差的品牌。

注塑機行業使用變頻器存在的問題具體表現在以下幾個方面。

1)由於變頻器存在加、減速過程，導致注塑過程經常處於加、減速的過程中，注塑產品對工藝過程比較敏感，往往在加速過程中會使產品產生嚴重缺陷

所以要求加速過程要非常快，即要求變頻器動態響應非常快，否則會造成成品率下降的情況。

2)變頻器控制的注塑機產品周期會有所加長，使得產能下降。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的技術瓶頸。因此要求變頻器有很好的動態響應特性。

3)注塑機在合模時需要很大的壓力，採用變頻器控制時經常會出現過流情況，所以要求變頻器有強的過載能力。

4)變頻器作為一個幹擾源經常對注塑機的溫度板、動作順序會有一定程度的幹擾，所以要求變頻器一定要作抗幹擾處理。

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變頻器發展方向的新一代電流矢量型變頻器。通過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，動態響應快，速度控制精度更高。隨著產業的升級，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，對客戶來說很有價值。

矢量控制的核心是對電機電流進行實時控制，在驅動同樣的負載時電流更低，變頻器溫升低。同樣的變頻器硬體平臺，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業環境，從可靠性角度出發，對MD系列做了如下技術處理：

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%時可正常工作，低電壓環境下使用無憂;

3)獨特的上電安全檢測技術，避免變頻器上電輸出對地短路炸機;

4)獨立風道設計，對惡劣環境的適應性更強;

5)獨特的三防漆處理技術，對於金屬粉塵、潮溼及腐蝕等環境有較強的適應能力。

產品的高可靠性解除了配套廠家對產品穩定性的顧慮，已經有行業的配套客戶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AI-COM 端子)直流電流信號或0~24 V(通過AV-COM 端子)直流電壓信號，經過光耦隔離處理後，轉換成0~10 V電壓信號通過擴展卡接口，直接在內部連接到變頻器的AI1 接口，用戶外部不需要另外接模擬信號線。

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，滿足絕大部分注塑機工藝要求。匯川矢量型變頻器，改進了傳統V/f變頻器低頻力矩小的特點，使變頻器在0.5 Hz可以輸出150%的額定轉矩，全面滿足注塑機在低流量時的壓力要求，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體方面進行了改進，在軟體方面也做出了相應的變化。針對注塑機的工藝過程，增加了一套獨特的頻率輸出計算方式，採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工藝段的開關量信號進行多段速補償，使設備的性能全面化，同時在調試的時候更加簡單。這樣的設計，不僅可以適用配套生產，同時也可以進行節能改造，在應用的廣度上更進一步。

5 匯川變頻器用於注塑機的線路簡圖

匯川變頻器用於注塑機的線路簡圖如圖1所示。

6 匯川變頻器在注塑機行業的技術優勢

1)匯川變頻器為電流矢量控制方式，起動轉矩大，0.5 Hz 可以達到150%的額定轉矩;動態響應快，階躍轉矩響應時間 200 ms;穩速精度為0.5%。動態響應快，有效解決了目前困擾注塑行業用變頻器後加工周期變長的痼疾。

2)匯川注塑機專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電流進行有效控制，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係可以設為折線式，可設置兩個拐點，便於滿足鎖模時所需要的強大的壓力。同時矢量變頻器的控制特性，使得負載電流得以有效控制，針對於注塑機行業的專機設計，有效避免了傳統變頻器易過流保護的通病。

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採集信號進行補償，達到完美的控制效果。

6)針對於國內電網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，並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質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的注意事項

7.1 變頻器的選型

在對變頻器選型時應根據負荷的性質和要求來定。因注塑機的負載性質是恆轉矩類，機械特性較硬,動態特性要求較高，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，應實測一下注塑機在各個工序過程中，油泵電機工頻狀態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性，在使用設備之前，要求變頻器對電機進行空載參數辨識，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 變頻器的安裝環境

因為塑膠廠環境溫度高，塑料粉塵多，因此節能裝置的櫃體要設計合理，櫃內變頻器周圍應留足夠的空間，保證良好的通風渠道，並加裝冷卻風扇以強迫風冷。現場需安裝在通風良好，遠離熱源和塵埃多的地方。

7.5 變頻器對注塑機工作的幹擾處理

變頻器的輸入和輸出電流中都會有一定量的高次諧波成分，因此便形成了幹擾注塑機正常工作的信號。應採取以下措施：

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

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

3)變頻器的外殼必須可靠接地。