【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，使動(dòng)力 機(jī)構(gòu)的性能類(lèi)似于變量泵節(jié)能系統(tǒng)，同樣可以達(dá)到動(dòng)力機(jī)構(gòu)輸出的流量同執(zhí)行機(jī)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(jī)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(hào)送給變頻器，將電液比例控制系統(tǒng)模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)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(dòng)系統(tǒng)，從而使溢流閥的溢流流量降到最小，進(jìn)而將傳統(tǒng)的有高壓節(jié)流的“耗能型”，注塑機(jī)，升級(jí)為無(wú)高壓節(jié)流損失的“節(jié)能型”注塑機(jī)。 由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=60 f /P(P 一一電 機(jī)的磁極對(duì)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(jī)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(jī)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(jī)發(fā)出的各個(gè)動(dòng)作信號(hào)，檢測(cè)來(lái)自注塑機(jī)控制器給出的流量及壓力，經(jīng)內(nèi)部判斷計(jì)算后，輸出不同的頻率，以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，讓液壓系統(tǒng)的輸出與注塑機(jī)各個(gè)工序段中所需的流量和壓力精確匹配。而在非動(dòng)作狀態(tài)時(shí)可以讓電機(jī)停轉(zhuǎn)，使輸出功率與流量和壓力同步跟蹤自動(dòng)控制，相當(dāng)于將定量泵變成了節(jié)能型的變量泵。注塑機(jī)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(jī)從根本上改善了傳統(tǒng)注塑機(jī)能量損失較大的弊端，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)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(diǎn)，包括： (1)由于變頻器使定量泵與整機(jī)運(yùn)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(dá)到 25%~60%左右。特別是制品體積越大，冷卻、循環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)，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(jī)中還可以減輕合模、開(kāi)模時(shí)的震動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、減少機(jī)械故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)機(jī)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(zhǎng)，節(jié)省維護(hù)費(fèi)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(huì)比工頻狀態(tài)下降低，冷卻用水量可節(jié)省 30%以上； (5)對(duì)電機(jī)具有過(guò)流、過(guò)壓、缺相等多種保護(hù)作用； (6)對(duì)注塑機(jī)的原定量泵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造時(shí)，可以使改造不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成 任何影響，且不需要對(duì)注塑機(jī)原有的液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)作復(fù)雜的變動(dòng)。 由于目前我國(guó)塑料加工企業(yè)使用的注塑機(jī) 90%以上都是定量泵液壓系統(tǒng)，因此采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景和很好的推廣價(jià)值。將注塑機(jī)改造升級(jí)為“節(jié)能型”注塑機(jī)，其投資 (主要是變頻器 )在一年內(nèi)可通過(guò)節(jié)約的電費(fèi)收回。例如浙江省慈溪市從 2021 年開(kāi)始大力推廣注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)，在安裝了變頻節(jié)能器后，單機(jī)節(jié)能效果達(dá)到 30%~60，慈溪市 200 多家生產(chǎn)企業(yè)一年可省電達(dá) 6000 萬(wàn) 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(jī)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(jī)的平均節(jié)電率可達(dá) 45%。同時(shí)還為上海宜新集團(tuán)公司改造了100 多臺(tái)注塑機(jī)，使油泵電機(jī)平均節(jié)電率達(dá)到 41 %。 注射成型各階段頻繁的速度變化，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻繁處于加減速工況下，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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(méi)有變量泵系統(tǒng)好，若轉(zhuǎn)速過(guò)低，還會(huì)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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜盤(pán)質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時(shí)間大于后者的響應(yīng)時(shí)間，不能適應(yīng)多級(jí)速度變化的快速注射情況。注塑機(jī)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時(shí)間及冷卻時(shí)間長(zhǎng)，是應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備的首選。 定量泵 +交流伺服電機(jī)系統(tǒng) 高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的 一種先進(jìn)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(shí)由于其自身的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，提高了電力利用效率。對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，由于伺服電機(jī)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(dòng)，在速度可調(diào)范圍內(nèi)有著良好的加減速度動(dòng)態(tài)反應(yīng)特性。液壓系統(tǒng)基本上不需冷卻水，對(duì)于保壓及冷卻時(shí)間長(zhǎng)的制品，節(jié)能效率可達(dá) 80 % 。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量的需求而改變，基本無(wú)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(shí)電機(jī)基本處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，比負(fù)載敏感泵節(jié)能驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)更加有效。高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 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(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)在注塑機(jī)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(lái)推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)系統(tǒng)，由于成本太高，達(dá)不到合理的經(jīng)濟(jì)效益。 應(yīng)把伺服電機(jī)靈敏快速反應(yīng)的特性與精密注射成型結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)新出一種新的高性能的注射成型裝備，能對(duì) 高端的塑料制品進(jìn)行特定加工，才能使之得到越來(lái)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(jī)系列，通過(guò)配置高性能的伺服變速動(dòng)力控制系統(tǒng)，利用同步伺服電機(jī)的高響應(yīng)性能、節(jié)約能耗及高重復(fù)精度的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合了精密高效的齒輪泵，在注塑機(jī)成型流程中針對(duì)不同的壓力流量工況，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對(duì)壓力流量的精確閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)對(duì)注塑機(jī)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(gè)新研發(fā)的產(chǎn)品一經(jīng)推出市 場(chǎng)，立即引起很大的反響，可以說(shuō)是國(guó)內(nèi)注塑機(jī)行業(yè)的一次革命。 日進(jìn)精密股份有限公司的隆亨 SN220D 型號(hào)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)，據(jù)該公司介紹，以普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)的隆亨 NC220 II 型注塑機(jī)能耗 20kW}h為基準(zhǔn) 。若以負(fù)載敏感驅(qū)動(dòng)，則耗電 ，節(jié)能達(dá) 50%。全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的話，耗電 ，節(jié)能 84%。 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)，耗電 4 ，節(jié)能 80%。日精公司 2021 年在美國(guó)的芝加哥展出了一臺(tái)融合了伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變量泵的“ X 泵”注塑機(jī)， X 泵是新型 FNX Ecoject 的核 心部件， X泵能夠與全電動(dòng)式機(jī)器相媲美，有節(jié)能作用，因?yàn)橹辉谛枰獣r(shí)，伺服電機(jī)才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時(shí)，電機(jī)基本處于停止?fàn)顟B(tài)。日精的“ X泵” FNX 注塑機(jī)所使用的能源，大約為該公司標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)的 30%左右，F(xiàn)NX 型注塑機(jī)還可以少用 41%的液壓油。 由變頻電機(jī) +定量泵驅(qū)動(dòng)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(fù)載變化，其仿真模型如下圖所示。該系統(tǒng)共有四個(gè)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(dòng)作。 表 變頻電機(jī) +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(dāng)減速時(shí)控制輸出流量”意味著，在注塑機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)定的壓力比泵的輸出壓力小時(shí)，傳統(tǒng)的比例流量閥不應(yīng)該完全打開(kāi)，由其來(lái)控制流入注塑機(jī)系統(tǒng)的油液。直至變頻電機(jī)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(kāi)比例流量閥，由變頻電機(jī)控制供給流量與需求流量匹配。 其中變頻電機(jī)由單片機(jī)與直流電機(jī)組合，達(dá)到電機(jī)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(jī)調(diào)速原理 直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同， 直流電動(dòng)機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類(lèi)型。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。但是對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)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(lì)磁繞組本身的電阻； ? — 每極磁通 (Wb)； Cc— 電勢(shì)常數(shù)； Cr— 轉(zhuǎn)矩常量。 由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場(chǎng)控制法。磁場(chǎng)控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的方法是電樞控制法。 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)是多種多樣的 ,但任何直流電機(jī)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(jī)中電路和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn) 動(dòng) .直流電機(jī)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(jī)的工作原理圖 電樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)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(gè)固定的頻率來(lái)控制電源的接通或斷開(kāi)，并通過(guò)改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短，即改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此， PWM 又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)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(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 maxV ，占空比為 D=1t /T，