1 引言

伴隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，國家電力供應日趨緊張，使得高耗能的產業(yè)出現用電受限的局面，這種局面還將維持很長一段時間。

從世界各發(fā)達國家的電力設備投資與電力能源有效利用率來看，我國的電力有效利用率遠低于歐美、日本等發(fā)達國家。這說明了不是國家在電力方面的投資小，而是電能的利用率太低。
此時，節(jié)能的意義就顯得尤為重要，上海等一些地區(qū)明確提出每萬元gdp能耗指標，對投資企業(yè)起到指導作用，能耗高的企業(yè)將不能在這些地區(qū)生存。

2 塑料行業(yè)的狀態(tài)

我國是塑料加工的大國，塑料加工工業(yè)也是用電大戶，如何節(jié)能降耗是我國塑料機械制造工業(yè)的發(fā)展方向。

電話機、電視機外殼等塑料制品是靠成型加工得到的，注塑機是塑料注塑成型的關鍵設備，它是將塑料加熱熔融后，施加一定壓力，使其充入模具，經冷卻固化而制成的有一定幾何形狀和尺寸精度的塑料制品的一種機器。一般的注塑企業(yè)，能耗占生產成本的6~9%，如何有效的利用電能，成為衡量一個企業(yè)是否為環(huán)保企業(yè)的一個標準，也決定了該企業(yè)的產品競爭力的一個因素。

3 節(jié)能原理

注塑成型工藝一般包括:合模、射膠、保壓、儲料、冷卻、開模、頂出、清料，每個動作都要求一定的壓力和速度，這些都要靠注塑機的動力系統(tǒng)來提供保證。
注塑機按動力的不同分為以下三類,如表所示。
附表 注塑機按動力的不同分類表

由附表可知，絕大部分注塑機是能耗高的定量泵注塑機，其動力部分工作原理如圖1所示。

圖1 注塑機動力部分工作原理圖

定量泵的概念:注塑機液壓油泵大多采用葉片泵，齒輪泵，是典型的容積式油泵，其供油量與油泵的轉速成正比，油泵電機在工頻條件下的轉速是不變的，供油量是一定的，所以稱為定量泵。
存在的能源浪費:注塑機在實際工作時，其液壓執(zhí)行組件所需的工作臺壓力和流量并不是一成不變的，在一個工作周期內時大時小，有時幾乎為零。當工作所需流量較小時，油泵的供油量遠遠大于執(zhí)行組件所需的油量，供大于求，富余的處于高壓狀態(tài)的液壓油全部經溢流閥流回油箱。一方面消耗大量的動力;另一方面與管道的摩擦產生大量的熱量，導致液壓油溫升高，為降低油溫，往往還需要增加冷卻循環(huán)水，進一步浪費能源。

同時，馬達在很低負載狀態(tài)下工作時，由于功率因數低，電網的無功消耗也大。綜合起來，傳統(tǒng)的注塑機液壓系統(tǒng)存在嚴重的能源浪費。

注塑機節(jié)能的最佳方式仍然是采用變頻調速，鑒于注塑機負載變化快、短時過載力強的特點，選用矢量控制變頻器。深圳市泰發(fā)興科技有限公司開發(fā)了tfx-2100系列注塑機節(jié)能控制系統(tǒng)，典型控制電路如圖2所示。

圖2 注塑機節(jié)能控制系統(tǒng)典型控制電路圖

tfx-2100系列注塑機節(jié)能控制系統(tǒng)能夠自動采集注塑機本身的工作力和流量信號，并進行分析和計算，同步控制變頻器運行，從而準確地調節(jié)油泵的轉速，使油泵的實際供油量與注塑機的工作流量需求相一致。

直觀地講就是將注塑機原有的定量泵系統(tǒng)改變?yōu)樽冾l變量泵系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的前提下，將注塑機原有的溢流現象控制到最小狀態(tài)，從而大幅度節(jié)約電能。同時，變頻器能夠將油泵馬達的功率因數提高到90%以上，有效地改善電網質量，減小無功損耗。

[NextPage]

圖3 注塑機的功率消耗圖

圖3是tfx-2100注塑機節(jié)能控制系統(tǒng)應用于一臺億利達e160注塑機的功率消耗圖，馬達功率18.5kw，生產亞加力透明件，生產周期14s時，節(jié)電狀態(tài)下和市電狀態(tài)下實測功率對比曲線。
可以看出，市電用電量為10kw/h，節(jié)電狀態(tài)下用電量為5kw/h，節(jié)電率50%。應用變頻節(jié)能后，在整個注塑周期內均產生節(jié)能效應，而在注塑機以較低流量狀態(tài)工作時節(jié)能效果最好，與理論分析完全吻合。

注塑企業(yè)一般是連續(xù)生產，注塑機開機率較高，平均在6500~7500h/年，年節(jié)電費3500kwh，不到一年收回投資。

4 工程實例介紹
4.1 廈門燦坤eupa
改造臺數:470臺; 改造功率:11200kw;
改造日期:2003.9; 改造機型:富強鑫/全力發(fā)/樺欽等;
制造產品:電熨斗/煎烤器/風扇;
節(jié)能實測:經過全車間測試，整機平均38%(油泵部分平均50%);
節(jié)能效益:全部完成后年節(jié)電1000萬元。

4.2威士茂科技v.s:深圳、珠海、青島海爾均有大型制造廠
改造臺數:95; 改造功率:3900kw;
改造日期:2003.11; 改造機型:海天;
制造產品:canon/siemens/casio/hp;
節(jié)能效益:全部完成后年節(jié)電 370萬元。

4.3 東莞好景塑膠goodview
改造臺數:81臺; 改造功率:2300kw;
改造日期:2002.5; 改造機型:寶源/東芝;
制造產品:電鉆、apple 旋紐;
節(jié)能效益:全部完成后月節(jié)電 50-80萬kwh，年節(jié)電420萬元

4.4 青島海爾haier
改造臺數:總共260臺，我司已改82臺;
改造功率:3200kw; 改造機型:海天/東華;
節(jié)能效益:平均節(jié)電48%。

4.5 富士康集團 foxconn
改造臺數:115臺; 改造功率:3600kw;
改造日期:2002.11;
改造機型:震雄/臺精/三菱;
以下是該企業(yè)測試數據:

2002年與2003年1~11月設備故障率比較表:

依機電公告實際支出電費計算:節(jié)約電費約rmb198.5萬元。

[NextPage]

依上述兩表可看出:2003年1~11月產量比2002年1~11月平均更高;
而所支付的電費更少,這就是因為安裝了節(jié)能器的結果。

5 安裝節(jié)能裝置應注意以下幾個方面

(1) 對電機的影響
由于大多數的電機損壞是從軸承磨損開始的，軸承的磨損取決于承受的力和轉速。因變頻器帶動電機是軟起動特性，也就是說變頻器帶動電機是無沖擊電流的，所以電機受力不會比工頻大，其轉速下降會延長軸承壽命，也就延長了電機壽命。
電機溫升:變頻條件下，一方面電機輸出功率減少，發(fā)熱降低;另一方面電機轉速下降，散熱效果變小。這兩方面作用大的一方決定電機的溫升大小，經實測電機溫升與工頻相比在±10℃以內，總體小于45℃的電機溫升的允許值。

(2) 對油泵的影響
因為電機在3~50hz之間運轉，油泵的葉片始終與油泵壁接觸，不會有沖擊現象。同時由于變頻器保護功能強大，對過載、沖擊等有保護作用，減少了液壓系統(tǒng)的水錘效應。
油泵磨損減小，壽命延長。
液壓密封得到有效保護，減少漏油現象。
液壓油溫度降低，一般降低5~15℃，液壓油壽命延長。

(3) 對生產周期的影響
由于安裝節(jié)能器后，電機存在加減速時間，所以周期往往會延長，經實測一般機臺在2s之內。經觀察測試，周期延長最多的階段在開鎖模，頂出等低速階段，所以在變頻狀態(tài)下適當提高開模1段和合模1段的速度。這樣可以做到變頻條件下生產周期與工頻一致。

(4) 對生產工藝的影響
一般來說，注塑機本身狀況良好的情況下，工頻與變頻的生產工藝可以做到一致。但往往注塑機存在一定的內部泄漏、液壓系統(tǒng)密封不嚴、比例閥線性偏差等問題。雖然變頻狀態(tài)下有一定的補償，但仍和工頻會有一些差異。這時可以把注塑機看成是一臺全新機，重新對工藝參數進行設置，習慣在變頻條件下生產，同樣可以做出好的產品。

對于個別要求苛刻的產品，特別是工藝參數達到100%壓力，100%速度的產品，變頻器不能長期在此種工況下工作，建議更換到大一號的注塑機上生產，因為此種工況即使在工頻條件下也會對注塑機液壓系統(tǒng)有危害的。

(5) 變頻器的保護功能
變頻器的特點就是有很多保護功能，包括過電流、過電壓、缺相、過載、過熱等等，它一方面可以保護變頻器本身不受損壞，另一方面保護電機，進一步保護注塑機液壓系統(tǒng)，機械系統(tǒng)，防止不恰當的操作可能帶來的危害。如執(zhí)行動作所需要的壓力、速度超過注塑機系統(tǒng)的壓力、速度，變頻器即進入保護狀態(tài)。比如:低溫強行儲料，因注塑機過負載工作，變頻器就會出現過電流或過負載保護，切斷電機電源，保護機器不受傷害。若是在工頻狀態(tài)下，注塑機可以借助強大的動力超負荷工作，可能造成扭斷料筒、螺桿或損壞液壓馬達等事故。如執(zhí)行動作的壓力、速度都在標準的系統(tǒng)壓力和速度之內(一般長期工作在120bar壓力和90%速度以下)變頻器就不會頻繁保護，對注塑機本身也有很大好處。

6 結束語
實踐證明變頻器在注塑機節(jié)能領域大批量應用，發(fā)揮長處，克服缺點，是可以大有作為的。