浅谈变频节能器在注塑行业中的运用

摘要: 变频器运用于注塑行业中,节能已经成为不争的事实,但在运用中仍然存在一些问题,问题的原因表现在变频器的性能方面,它反应了安装使用调试的方法不当,或对注塑成型工况了解不够,导致变频器性能与复杂注塑成型工况之间的匹配仍有一段距离,作者本人以具体的实际工作经验,阐述变频器自身的弱点,注塑成型工艺的工况特征、注塑机本身的弱点,变频器如何在注塑过程中节能的原理以及注塑节能改造的工程技术要求等实质性的问题. 关键词: 变频节能器 注塑成型工艺工况特征 注塑节能改造工程技术要求 变频器与注塑机工况的匹配问题 Abstract: The inverter aimed to saving the energy was applied in molding injection industries is factual, improper debug method of assembly or operation and insufficient comprehend in Molding Injection situation will be a problem reflects on the inverter performance, and effects a matching distance between inverter and multi- injection. With the Author resourceful experience, the inverter weakness and the principle of energy saving in injection process is introduced, and the weakness of molding machine during injection process. The substantial problem of energy saving injection requirement is also presented. Keywords: Energy Saving Inverter、Molding Injection Technics Features、Energy Saving Injection Requirements、Matching Problem Between Inverter & Molding Machine 序言 尽管近几年来,变频器节能运用注塑行业如雨后春笋般的异军突起,但是真正成功的典范还是屈指可数的,并且很多的塑料厂家也已经试用过两三个品牌,但他们的结论是否定的,这无疑给节能安装公司浇上一瓢冷水,甚至关门大吉.我们承认变频器运用注塑机的工况是一个严峻的挑战；但也并非不能用,除变频器本身的性能局限外,最重要的是缺乏变频器的使用技术,只要突破使用技术瓶颈,注塑行业的节能改造工程仍是浩大的,整个珠江三角洲有几千万台注塑机等着您去改造它. 一我司变频节能改造概况 1.公司电力设施状况: 本司有市电容量7100A,有备用发电输出容量5400A,未节能改造前,因我司电路分布不合理状况,生产所需供电除市电供电外,还需开启2台发电机提供1000-1200A电流才能满足生产的需要,若遇停市电,用发电供应,还差三分之一的缺口. 2.公司用电设施及用电状况: 本司有30-800PC的注塑机138台,其中注塑机用电总电流为6000A,除此之外的其它设备需用1500A左右,即总用电量为7600A左右.本司除带变量泵的进口注塑机外,可进行节能改造的注塑机有80台,总马达功率为2800KW. 3.本司的节能改造计划: 因本司电力供应紧张,每月有4-6天会停市电,在停电时需由发电供应,而发电供应尚差2100A的缺口,若要用发电机供电还需要增加两台1250千瓦的发电机组,需投资250万左右,用发电机会让资金投入越来越多,而用变频节能的方法则可以在一定时间内收回成本.故本司决定做节能改造.本司先于1999年12月就委托深圳市泰发兴电子有限公司安装了一台华为TD-2000-37KW的泛用型变频器；在后来的两年内有4家节能公司先后来安装试机,其间本司投入大量的时间,对各型变频器节能效果、运行状况等多项资料做详细周密的测试,同时亦应多家节能器安装公司的邀请,先后十几次到其它注塑厂家参观其它品牌节能器的使用运行状况.据本司的使用测试结果和到其它厂家参观累积的经验；又恰逢华为公司新推出的高性能向量控制的TD-3000变频器.故本司于2002年4月份决定做节能改造,并要求一定要改造成功,(因99年12月份启用的37KW变频器,在两年的使用中能实现无故障运行),所以我们选用了华为TD-3000的高性能矢量控制变频器,安装工程仍由深圳泰发兴公司完成. 4.安装后的用电状况: 全厂的用电量由7500A降至了5400A左右,也就是说,若市电停电,本司由现有的发电机供电也能满足生产的需要,生产不受停市电的影响.另外原来要开的两台发电机可以不用开了.通过对比每月可节电50万度,同时省开2台发电机,可节省发电费用30万元左右.这个效果是我们改造前未能预料的；我司对此改造效果非常满意.通过改造我司的市电装机容量扩大了近2000A,为我司新的发展计划提供了可靠的电力保证. 我司已经安装80台TD-3000的变频节能器,其功率从15千瓦到100千瓦,总改造功率为2800KW,每台机都能正常使用,到目前为止，尚未发现任何故障,也没收到某台机或者某套模具不适合使用的信息.这种使用状况就连泰发兴公司的工程技术人员都觉得是不可能的事,但是我们真的做到了. 5.节能改造后的测试: 总的来讲:节能效果是肯定的,平均节电达56.2%,并且TD-3000较TD-2000在运行的可靠性方面有了很大程度的提高,运行稳定可靠. 1)在工变频对比方面:在不改变注塑机和变频器参数的前提下作比较:射出成型品的品质方面无影响,周期在变频工作时会慢0.3-1.2秒(变频器功率越大,产品工况越复杂,周期就会相应的增加),在射出的稳定性和重复精度方面,变频状况较工频状态稳定,因为变频状况注塑机压力油温度可降至35-40℃左右,在此状况下的油温最能保证液压执组件的重复精度和稳定性,压力油的使用寿命也会延长,也减轻了中央运水系统的负荷,油温较工频状态降低15-18℃. 2).增加了本司电力系统的装机容量.电力系统本身预留一定的容量供用电设施激活用,工频状况下激活马达是采用的星三角形降压延时激活,此激活电流是电机额定电流的4-7倍,若多台大功率的电机同时激活,将对电网造成很大的冲击.为经得起激活冲击,只有加大系统的容量.故本司先前的用电容量很大.而采用变频时激活马达属软起动,只需在额定电流下就可以激活,且起动平滑无冲击,这样,可以减小激活时对马达和电网的冲击,从另外角度来讲可以算是增加了系统的装机容量. 3)变频状态下工作时有很强的保护功能.变频器的保护可从以下三个方面去认识:第一,可以保护变器本身.第二,可以保护马达.第三,可保护注塑机免受错误操作.在此保护功能下,可以保证注塑机在标准的系统压力和系统速度下工作,若所执行的动作需要的压力和速度超过系统压力和速度,此时变频器就将进入保护状态.比如:未到熔融温度强行熔胶,因注塑机过负载工作,变频器就会通过恒速过电流进行保护,若是工频状态下,注塑机可以借助强大的动力,扭断火箭头、炮筒、螺杆或者损坏熔胶液压马达.又比如超过140bar的锁模压力强行高压锁模,变频器会对超过140bar的锁模力的执行动作进行保护,也会出现恒速过电流,工频时其锁模力还可大幅度地提高,这样机械系统将会受到致命的打击.若保证所有执行动作所需的压力和速度都在标准的系统压力和速度之内,变频器也就不会频繁保护,对注塑机本身也有很大的好处. 4).变频状态下,因马达的转速随不同的动作需求在作剧烈的变化,马达的平均转速会降低一半以上,而马达散热风扇的排量与马达转速有直接的关系,故散热效果就会减低,马达温度会较工频状态升高10-13℃,马达温度会升到55℃左右 二.节能器厂家怎样做好注塑机的节能改造工作 基于注塑机本身的一些弱点和变频器本身存在的一些不足叠加在一起,再加之注塑复杂多变的工况,以及原料、模具的一些问题,以及技术员参数设定的不合理性,使得变频器运用于注塑节能上还存在诸多的技术瓶颈问题，那么如何让变频器很好地运用于注塑节能中就成了人们共同关心的问题. 1.如何正确了解注塑成型的工况特点 (1).注塑成型工况的特点:第一,每一动作的完成都必须有时间、压力、速度、位置等几个参数的配合,也就是说在某一位置的位移都必须要有相应的压力和速度,且在不同的位置和时间内其压力和速度又是可变的.第二,注塑动作的执行是程序化的,也就是说,某一动作完成后必须要将其终止信号传送给程序控制器,程序控制器收到信号后才会发出执行下一动作的指令,而在每一个动作的交换与确认的过程中一定有一个信号传送和终止时间,这个终止时间循环往复不规律的在周期动作内出现,就会让注塑工况趋于复杂变化之中,尤其是变频工作时,信号的激活与停止会造成变频器的激活与停止,而变频器频繁的启停状态是对变频器本身的一个考验.马达剧烈的加减速度,可能会导致加减速时过电压、过电流.换句话说,本身注塑机的工况就很复杂多变,而加装变频器后,其复杂多变的程度又大大地加深, 以致于有些性能较差的变频器根本无法适应注塑成型生产的需要.第三,动作内部的剧烈突变也是其工况的特点(如锁模过程中,快速锁模→慢速低压护模→高压高速锁模的工况突变都是很剧烈的,又如注射过程中,慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射胶过程工况也是很严峻的).第四,动作与动作之间的转换使得原本复杂的工况进一步叠加起来.第五,成型工艺的状况会随注塑机台、模具、原料性能等因素的变化,其工况可能会变得极其严峻. 以射胶动作为例来说明马达及变频器工况的突变性、复杂性(本司生产某产品的射胶参数) (2).注塑机本身的一些弱点:第一,动作油制达不到设计的精度,油制的开闭取决于电磁阀,而电磁阀的动作又取决于过程控制器提供的电压和电流,因大多数机都没有死循环控制,阀的开闭精度就会大打折扣,又尤其是阀的开闭程度于10%以下和90%以上时,动作的重复精度和稳定性都是极差的,某一动作在此状态下被执行很难保证其稳定性和重复精度,第二:执行动作的油缸本身有油封破损,有内泄现象,执行动作的可靠性和稳定性不高.第三:液压系统比例输出的线性差,且精度不高,导致设定值与实际值偏差太大,第四:液压系统本身内泄较大,导致执行偏差较大. 2.变频器节能的基本原理 传统的注塑机采用定量泵供油,在额定的转速下供油量不变,而注塑过程的各个动作对速度,压力的要求不一