【文章內(nèi)容簡介】 ，使動力 機構(gòu)的性能類似于變量泵節(jié)能系統(tǒng)，同樣可以達到動力機構(gòu)輸出的流量同執(zhí)行機構(gòu)需要的流量相匹配，使損失的流量降低。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)注塑成型的工藝要求，將注塑機控制器給出的設(shè)定比例流量閥、比例壓力閥的模擬量信號送給變頻器，將電液比例控制系統(tǒng)模擬成負載跟蹤控制系統(tǒng)，使變頻電機的轉(zhuǎn)速與注塑機各工況所需流量成一定關(guān)系，將傳統(tǒng)的定量泵改裝成變頻變量驅(qū)動系統(tǒng)，從而使溢流閥的溢流流量降到最小，進而將傳統(tǒng)的有高壓節(jié)流的“耗能型”，注塑機，升級為無高壓節(jié)流損失的“節(jié)能型”注塑機。 由于電機的轉(zhuǎn)速 n=60 f /P(P 一一電 機的磁極對數(shù) 。f 一交流電源頻率 )，而泵輸出的流量 Q=V*n/60(n 一一電機轉(zhuǎn)速 。V 一泵的排量 )，可得 Q=V*f/P，因此只要改變輸入到電機的交流電頻率大小，就可以控制液壓泵的輸出流量。這樣變頻器根據(jù)注塑機發(fā)出的各個動作信號，檢測來自注塑機控制器給出的流量及壓力，經(jīng)內(nèi)部判斷計算后，輸出不同的頻率，以調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，讓液壓系統(tǒng)的輸出與注塑機各個工序段中所需的流量和壓力精確匹配。而在非動作狀態(tài)時可以讓電機停轉(zhuǎn)，使輸出功率與流量和壓力同步跟蹤自動控制，相當于將定量泵變成了節(jié)能型的變量泵。注塑機變頻節(jié)能系統(tǒng)的原理如圖 所示。 變頻器控制的液壓泵 — 電機從根本上改善了傳統(tǒng)注塑機能量損失較大的弊端，當系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時，電機的轉(zhuǎn)速也隨之變化，從而使定量泵釋放油液發(fā)生變化，即“需要多少則供給多少”，從而節(jié)約了大量的能源。這種改造方案具有很多的優(yōu)點，包括： (1)由于變頻器使定量泵與整機運行所需功率匹配，消除了原系統(tǒng)的高壓溢流能量的損失，節(jié)約大量的功率，一般節(jié)約電能比例可達到 25%~60%左右。特別是制品體積越大，冷卻、循環(huán)時間越長，節(jié)能效果越明顯； (2)由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，可 提高功率因數(shù)，降低線路損耗，從而增大電網(wǎng)的有用功率； (3)在整機中還可以減輕合模、開模時的震動，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、減少機械故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長機器的使用壽命等。并可使得油路系統(tǒng) (密封組件等 )的使用壽命延長，節(jié)省維護費用、減少維修次數(shù)、改善工作環(huán)境、降低噪音等； (4)由于變頻器可以調(diào)節(jié)油泵的輸出流量，使得油溫會比工頻狀態(tài)下降低，冷卻用水量可節(jié)省 30%以上； (5)對電機具有過流、過壓、缺相等多種保護作用； (6)對注塑機的原定量泵系統(tǒng)進行變頻改造時，可以使改造不會對生產(chǎn)造成 任何影響，且不需要對注塑機原有的液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)作復(fù)雜的變動。 由于目前我國塑料加工企業(yè)使用的注塑機 90%以上都是定量泵液壓系統(tǒng)，因此采用變頻技術(shù)進行節(jié)能改造在我國具有廣闊的應(yīng)用前景和很好的推廣價值。將注塑機改造升級為“節(jié)能型”注塑機，其投資 (主要是變頻器 )在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費收回。例如浙江省慈溪市從 2021 年開始大力推廣注塑機節(jié)能技術(shù)，在安裝了變頻節(jié)能器后，單機節(jié)能效果達到 30%~60，慈溪市 200 多家生產(chǎn)企業(yè)一年可省電達 6000 萬 kW h 左右。深圳市奧宇控制系統(tǒng)有限公司主要從事注塑機變 頻節(jié)能控制系統(tǒng)的研制與改裝，為深圳市多家塑料廠家安裝了變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，使得油泵電機的平均節(jié)電率可達 45%。同時還為上海宜新集團公司改造了100 多臺注塑機，使油泵電機平均節(jié)電率達到 41 %。 注射成型各階段頻繁的速度變化，使驅(qū)動電機頻繁處于加減速工況下，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，容積調(diào)速的變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，響應(yīng)速度慢 (一般變頻器 +定量泵形式的系統(tǒng)需要 800~1000ms 的響應(yīng)時間 )。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在小流量狀態(tài)下的節(jié)能效果沒有變量泵系統(tǒng)好，若轉(zhuǎn)速過低，還會影響流量輸出的穩(wěn)定性及油泵壽命。低速特性差， 導(dǎo)致了注射循環(huán)周期時間的增加，降低了生產(chǎn)效率，調(diào)速精度難以保證，難以適應(yīng)精密成型需要。電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜盤質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時間大于后者的響應(yīng)時間，不能適應(yīng)多級速度變化的快速注射情況。注塑機是否采用變頻調(diào)速，主要看加工制品的要求。變頻調(diào)速節(jié)能的本質(zhì)就是在電機轉(zhuǎn)速低于設(shè)置的最高轉(zhuǎn)速情況下起到節(jié)能效果，可低速的運轉(zhuǎn)時間越長，節(jié)能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時間及冷卻時間長，是應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備的首選。 定量泵 +交流伺服電機系統(tǒng) 高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的 一種先進的高性能節(jié)能裝備。解決了變頻調(diào)節(jié)技術(shù)響應(yīng)速度慢的缺陷，同時由于其自身的運轉(zhuǎn)特性，提高了電力利用效率。對于伺服電機驅(qū)動的系統(tǒng)，由于伺服電機不使用永久磁鐵結(jié)構(gòu)，且在轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子配合下，消除了轉(zhuǎn)矩脈動，在速度可調(diào)范圍內(nèi)有著良好的加減速度動態(tài)反應(yīng)特性。液壓系統(tǒng)基本上不需冷卻水，對于保壓及冷卻時間長的制品，節(jié)能效率可達 80 % 。電機的轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量的需求而改變，基本無節(jié)流損失，可極大地減少空轉(zhuǎn)工況 (等待周期 )及保壓工況的流量損失。保壓時電機基本處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，比負載敏感泵節(jié)能驅(qū)動系 統(tǒng)更加有效。高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動的定量泵系統(tǒng)，與伺服閥組成閉環(huán)控制回路，能發(fā)揮出更好的節(jié)能特性，提高系統(tǒng)的精密控制性能。 但是由于交流伺服電機的最高轉(zhuǎn)速可達 4000 r/min，而與之相配套的液壓泵轉(zhuǎn)速較低，所以高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)在注塑機上的推廣應(yīng)用，有待于低噪音高轉(zhuǎn)速液壓泵的研發(fā)，以降低制造成本。如單純從節(jié)能的角度來推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電機系統(tǒng)，由于成本太高，達不到合理的經(jīng)濟效益。 應(yīng)把伺服電機靈敏快速反應(yīng)的特性與精密注射成型結(jié)合起來，創(chuàng)新出一種新的高性能的注射成型裝備，能對 高端的塑料制品進行特定加工，才能使之得到越來越廣的應(yīng)用。 寧波海天公司研發(fā)的 HTFWI/JS 節(jié)能伺服注塑機系列，通過配置高性能的伺服變速動力控制系統(tǒng)，利用同步伺服電機的高響應(yīng)性能、節(jié)約能耗及高重復(fù)精度的優(yōu)點，結(jié)合了精密高效的齒輪泵，在注塑機成型流程中針對不同的壓力流量工況，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對壓力流量的精確閉環(huán)控制，實現(xiàn)了伺服電機對注塑機能量需求的自適應(yīng)匹配與調(diào)整。節(jié)能效果與一般定量泵系統(tǒng)相比，可節(jié)省 40%~80%的電量。在環(huán)境溫度 400゜ C 以下，可以不用冷卻水。海天這個新研發(fā)的產(chǎn)品一經(jīng)推出市 場，立即引起很大的反響，可以說是國內(nèi)注塑機行業(yè)的一次革命。 日進精密股份有限公司的隆亨 SN220D 型號伺服電機驅(qū)動的注塑機，據(jù)該公司介紹，以普通電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)的隆亨 NC220 II 型注塑機能耗 20kW}h為基準 。若以負載敏感驅(qū)動，則耗電 ，節(jié)能達 50%。全電動驅(qū)動系統(tǒng)的話，耗電 ，節(jié)能 84%。 伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)，耗電 4 ，節(jié)能 80%。日精公司 2021 年在美國的芝加哥展出了一臺融合了伺服驅(qū)動電機和變量泵的“ X 泵”注塑機， X 泵是新型 FNX Ecoject 的核 心部件， X泵能夠與全電動式機器相媲美，有節(jié)能作用，因為只在需要時，伺服電機才會運轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時，電機基本處于停止狀態(tài)。日精的“ X泵” FNX 注塑機所使用的能源，大約為該公司標準注塑機的 30%左右，F(xiàn)NX 型注塑機還可以少用 41%的液壓油。 由變頻電機 +定量泵驅(qū)動的系統(tǒng)，泵的排量固定，但變頻器可改變泵的轉(zhuǎn)速，使輸出流量適應(yīng)負載變化，其仿真模型如下圖所示。該系統(tǒng)共有四個可控元件，其控制策略比較復(fù)雜，采用下表 所述方式綜合調(diào)控所有元件動作。 表 變頻電機 +定量泵 +能量調(diào)節(jié)單元系統(tǒng)中控制元件在注塑各階段的狀態(tài) 上表中，“當減速時控制輸出流量”意味著，在注塑機液壓系統(tǒng)設(shè)定的壓力比泵的輸出壓力小時，傳統(tǒng)的比例流量閥不應(yīng)該完全打開，由其來控制流入注塑機系統(tǒng)的油液。直至變頻電機轉(zhuǎn)速減小，使泵的輸出流量減小到設(shè)定值后，才能完全打開比例流量閥，由變頻電機控制供給流量與需求流量匹配。 其中變頻電機由單片機與直流電機組合，達到電機變速的目的。 圖 變頻器 +定量泵十能量調(diào)節(jié)單元系統(tǒng)仿真模型 直流電機調(diào)速原理 直流電動機根據(jù)勵磁方式不同， 直流電動機分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電動機機械特性曲線有所不同。但是對于直流電動機的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/Cc? TR 內(nèi) /CrCc? （公式 11） 其中： U— 電壓； R內(nèi) — 勵磁繞組本身的電阻； ? — 每極磁通 (Wb)； Cc— 電勢常數(shù)； Cr— 轉(zhuǎn)矩常量。 由上式可知，直流電機的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。 直流電動機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)是多種多樣的 ,但任何直流電機都包括定子部分和轉(zhuǎn)子 部分 ,這兩部分間存在著一定大小的氣隙 ,使電機中電路和磁場發(fā)生相對運 動 .直流電機定子部分主要由主磁極 ,電刷裝置和換向極等組成 ,轉(zhuǎn)子部分 主要由電樞繞組 ,換向器和轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成 ，如圖 11所示： 圖 11 直流電機的工作原理圖 電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控制電機的轉(zhuǎn)速。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制 (PWM)應(yīng)用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，即改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，因此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 圖 12電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系 圖 根據(jù)上圖，如果電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 maxV ，占空比為 D=1t /T，