1 引言
塑料用合成樹(shù)脂與合成橡膠、合成纖維三大類合成高分子新型材料，是信息、能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸乃至宇宙空間和海洋開(kāi)發(fā)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域不可缺少的新型材料。塑料制品加工行業(yè)是輕工行業(yè)中近幾年發(fā)展速度較快的行業(yè)之一，2002年全行業(yè)累計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值2408.48億元，在輕工22個(gè)主要行業(yè)中位居第三。在江浙地區(qū)，由于改革開(kāi)放早，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，民營(yíng)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)眾多，是塑料工業(yè)的主要產(chǎn)區(qū)。在浙江省，以寧波、臺(tái)州、溫州、金華、湖州等地區(qū)的塑料加工企業(yè)最為密集，2002年塑料制品業(yè)總產(chǎn)值72.31億元，塑料加工企業(yè)(包括擁有塑料加工機(jī)械的其他行業(yè)企業(yè))約有3千至4千家，加工設(shè)備總量約8萬(wàn)臺(tái)。同時(shí)，寧波和臺(tái)州地區(qū)還是我國(guó)國(guó)產(chǎn)塑料加工機(jī)械的主要生產(chǎn)基地。

隨著塑膠企業(yè)數(shù)量的增多，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力成為許多塑料制品廠共同關(guān)心的問(wèn)題。在加工成本中，電費(fèi)占據(jù)了相當(dāng)大的比例，而數(shù)量眾多的注塑機(jī)是耗電最多的設(shè)備，因此，對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造就顯得非常迫切和必要。特別是近一段時(shí)間來(lái)，浙江電力供應(yīng)形勢(shì)極其嚴(yán)峻，許多地區(qū)不得不拉閘限電，極大地影響了企業(yè)生產(chǎn)，在供電能力短時(shí)間不可能大幅增長(zhǎng)的情況下，節(jié)約用電就顯得更為必要和緊迫。

近年來(lái), 一些國(guó)內(nèi)外注塑機(jī)制造廠紛紛推出了各式節(jié)能型注塑機(jī), 包括變量泵注塑機(jī)、全電動(dòng)注塑機(jī)等, 但由于制造復(fù)雜、對(duì)使用條件要求高和設(shè)備價(jià)格昂貴等種種原因, 在市場(chǎng)上銷售數(shù)量不多。對(duì)于絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家使用的定量泵注塑機(jī)來(lái)說(shuō), 采用新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造更具有實(shí)際意義。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐積累, 這個(gè)重?fù)?dān)落在了交流變頻調(diào)速技術(shù)上。

2 變頻調(diào)速原理及注塑機(jī)節(jié)能應(yīng)用
在交流異步電機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。采用通用變頻器對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以逐步得到推廣。
2.1 變頻調(diào)速的基本控制方式

對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，保持電動(dòng)機(jī)的主磁通量恒定值不變，改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。

2.2 注塑機(jī)油泵特性分析與變頻節(jié)能原理
油泵是注塑機(jī)工作的動(dòng)力來(lái)源，利用變頻器對(duì)油泵進(jìn)行控制，主要通過(guò)對(duì)其流量的控制而有效的節(jié)能，這是變頻器最廣泛的一種應(yīng)用。

油泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量q、揚(yáng)程h及泵的軸功率n的關(guān)系如下式所示:

上式表明，泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，泵的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸功率p(kw)可按下式計(jì)算:


對(duì)于定量泵注塑機(jī)，顧名思義，盡管生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，其液壓系統(tǒng)在各個(gè)工序階段要求的壓力、流量是不同的，但是油泵電機(jī)始終定速運(yùn)行時(shí)，其輸出流量始終不變，而多余的流量目前大多采用壓力或流量比例閥調(diào)節(jié)，直接回流，大量能量以壓力差的形式損耗在閥門上，浪費(fèi)極大。采用變頻調(diào)速控制技術(shù)后，節(jié)能器可根據(jù)注塑機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，控制油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)油泵的輸出流量，使油泵實(shí)際供油量與注塑機(jī)實(shí)際負(fù)載流量在任何工作階段均能保持一致，保證電機(jī)在整個(gè)變化的負(fù)荷范圍內(nèi)的能量消耗達(dá)到所需的最小程度，徹底消除了溢流現(xiàn)象，并確保電機(jī)平穩(wěn)、精確地運(yùn)行，如圖1所示。

圖1 油泵控制特性曲線

圖中①號(hào)曲線表示工頻運(yùn)行的油泵采用閥門調(diào)節(jié)時(shí)的功率和流量關(guān)系，②號(hào)曲線表示油泵采用變頻調(diào)速控制時(shí)的功率和流量關(guān)系?？梢?jiàn)，在相同流量情況下，變頻控制比閥門控制油泵所消耗的有功功率要小得多，且流量愈小，差別愈大，這是由油泵固有的調(diào)速特性決定的。經(jīng)計(jì)算，注塑機(jī)采用變頻節(jié)能改造后與改造前油泵的節(jié)電率及功率消耗如圖2和圖3所示。

圖2 油泵變頻調(diào)速節(jié)電率


圖3 油泵功率消耗對(duì)比圖

由于泵類負(fù)載的特性，采用變頻技術(shù)改造后，節(jié)能效果十分顯著，一般可達(dá)25%～60%。

另外，使用變頻調(diào)速技術(shù)大大減小了注塑機(jī)油泵電機(jī)的無(wú)功損耗，提高電機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗，從而提高了工廠的供電效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的，對(duì)于一些供電容量緊張的企業(yè)，甚至可以免去昂貴的增容費(fèi);油泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，減少了機(jī)械沖擊。

3 注塑機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)
注塑機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的核心技術(shù)是變頻調(diào)速技術(shù)。通覽目前市場(chǎng)上各式各樣的注塑機(jī)變頻節(jié)能器，通常具有如下技術(shù)特點(diǎn):
(1) 過(guò)載能力強(qiáng)
過(guò)載能力多數(shù)可以達(dá)到為180%,1min，有的甚至達(dá)到200%,30s。高過(guò)載能力保證了注塑過(guò)程中在高壓射膠等重負(fù)載沖擊下，不跳脫，不影響生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
(2) 防護(hù)等級(jí)較高，有的采用獨(dú)立風(fēng)道全封閉設(shè)計(jì)，防塵、防腐蝕、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，使用壽命更長(zhǎng)。
(3) 部分產(chǎn)品采用了流量和壓力雙信號(hào)控制，適用于各種復(fù)雜模件的生產(chǎn)。
(4) 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)便。可以做到柜式和壁掛兩用。
(5) 市電/節(jié)電運(yùn)行雙回路設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)無(wú)故障，不影響生產(chǎn)。
(6) 具有自動(dòng)復(fù)位、掉電復(fù)位功能，保證生產(chǎn)連續(xù)及生產(chǎn)效率。

注塑機(jī)采用變頻節(jié)能技術(shù)后，可以達(dá)到的效果:
(1) 高節(jié)電率
采用先進(jìn)的微電腦控制技術(shù)，使定量泵變?yōu)楣?jié)能型變量泵;注塑機(jī)液壓系統(tǒng)與整機(jī)運(yùn)行所需功率匹配,無(wú)高壓節(jié)流溢流能量損失，節(jié)電率高達(dá)25%～60%。
改善功率因數(shù):改造前功率因數(shù)一般為0.6～0.8，改造后可達(dá)0.96以上，故能顯著提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低無(wú)功電流，從而降低線路損耗。對(duì)供電設(shè)備而言，則起到了增容的作用。
(2) 高可靠性
保留注塑機(jī)原有控制方式及油路不變，采用變頻器后，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、欠壓及對(duì)地短路等多種保護(hù)，還可有效地實(shí)現(xiàn)油泵電機(jī)采用市電/節(jié)能運(yùn)行控制方式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)變頻器故障時(shí)不影響生產(chǎn)。
(3) 軟起動(dòng)
減輕開(kāi)鎖模震動(dòng)，延長(zhǎng)設(shè)備和模具的使用壽命，減輕噪音,改善工作環(huán)境，系統(tǒng)發(fā)熱明顯減少，油溫穩(wěn)定，注塑機(jī)冷卻用水量可節(jié)省30%以上，延長(zhǎng)密封組件的使用壽命,降低停機(jī)維修的次數(shù)和維修時(shí)間,節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)用。
(4) 操作簡(jiǎn)易，無(wú)須任何調(diào)節(jié)。

4 現(xiàn)場(chǎng)改造的幾點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題
目前市場(chǎng)上各種注塑機(jī)變頻節(jié)能器種類繁多，技術(shù)含量和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，因此在現(xiàn)場(chǎng)改造中出現(xiàn)了一些具體問(wèn)題，有的是屬于采用變頻調(diào)速技術(shù)后的正?，F(xiàn)象，而有的則是屬于產(chǎn)品或應(yīng)用中應(yīng)該克服的缺點(diǎn)。

4.1 電機(jī)高頻噪聲較市電時(shí)尖銳
由于變頻器輸出電壓是由許多脈沖列組成，存在著高次諧波，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速不同時(shí)會(huì)發(fā)出不同響度且稍尖銳的聲音，這是正?，F(xiàn)象，并可以通過(guò)降低變頻載波頻率來(lái)降低尖嘯聲。

4.2 電機(jī)溫度略高于市電運(yùn)行時(shí)的溫度
由于輸出諧波的存在，增加了電機(jī)的銅損和鐵損，因此，電機(jī)在變頻節(jié)電運(yùn)行時(shí)的溫度要稍高于市電運(yùn)行時(shí)的溫度。同時(shí)，在中低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段，電機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下降，散熱能力降低，溫升可能上升5～8℃左右。由于普通油泵電機(jī)絕緣等級(jí)均在b級(jí)或f級(jí)以上，故電機(jī)溫升仍在允許的范圍內(nèi)，不會(huì)影響電機(jī)的使用和壽命。

4.3 對(duì)注塑機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾
變頻裝置產(chǎn)生的諧波對(duì)注塑機(jī)的一些控制回路會(huì)有一定干擾，影響注塑機(jī)的正常動(dòng)作，特別是一些制造工藝粗糙、諧波含量大的變頻器用在工藝不穩(wěn)定的注塑機(jī)表現(xiàn)的更明顯，這就需要我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)采取一些對(duì)策解決干擾問(wèn)題。干擾源主要有下面兩個(gè)方面:
(1) 高次諧波通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生的射頻干擾
對(duì)這類干擾可以通過(guò)在變頻裝置的輸入或輸出側(cè)加裝抑制射頻干擾的設(shè)備加以解決，例如磁環(huán)或?yàn)V波器等;
(2) 輸入諧波通過(guò)電源耦合到其他用電設(shè)備形成干擾
對(duì)這類干擾可以在變頻裝置的輸入側(cè)加裝濾波器解決，或者安裝進(jìn)線側(cè)交流電抗器也有一定效果;另外，同一電源下的其他設(shè)備最好能做到隔離供電。

4.4 影響注塑生產(chǎn)的效率
變頻節(jié)能器在控制油泵電機(jī)速度的過(guò)程中存在著一定的加減速時(shí)間，相比原來(lái)的電磁閥開(kāi)通速度有一定的滯后，導(dǎo)致單位加工周期延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率受到一定影響，如果變頻節(jié)能器能夠采用流量和壓力兩路信號(hào)控制，同時(shí)根據(jù)情況修改部分注塑機(jī)參數(shù)，就能夠較好地解決這個(gè)問(wèn)題。

5 投資回收及改造案例
根據(jù)對(duì)大量注塑機(jī)改造現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量，注塑機(jī)電機(jī)市電實(shí)耗功率按油泵馬達(dá)功率的45%計(jì)算，使用時(shí)間按每月28天，每天20小時(shí)，浙江地區(qū)工業(yè)電費(fèi)單價(jià)范圍在0.6～0.8元/kwh，節(jié)電率按平均節(jié)電率30%核算，僅靠節(jié)省電費(fèi)一項(xiàng)，大多數(shù)改造項(xiàng)目的投資都可以在6～12個(gè)月內(nèi)收回。如果單機(jī)工作時(shí)間更長(zhǎng)，則節(jié)電效益更顯著。

應(yīng)用實(shí)例1:某電子廠所用的注塑機(jī)型號(hào)為億利達(dá) e-140、油泵功率15kw、制品為cd機(jī)機(jī)殼、材質(zhì)abs，市電運(yùn)行每小時(shí)耗電量5.6kwh，每月耗電量3449.6kwh。使用變頻運(yùn)行后每小時(shí)耗電量3.2kwh，每月耗電量 1971.2kwh，節(jié)電率42.86%,每月節(jié)約電量1478.4kwh，每月節(jié)約電費(fèi)1183元。

應(yīng)用實(shí)例2:某汽車冰箱公司所用的注塑機(jī)型號(hào)為wg400、油泵功率45kw、制品為汽車冰箱殼、制品材質(zhì)混合, 市電運(yùn)行每小時(shí)耗電量19.43kwh, 每月耗電量11968.88kwh。使用變頻運(yùn)行后每小時(shí)耗電量10.72kwh，每月耗電量6603.52kwh, 節(jié)電率44.83%,每月節(jié)約電量 5365.36kwh，每月節(jié)約電費(fèi)4292元。

應(yīng)用實(shí)例3:某模塑公司所用的注塑機(jī)型號(hào)為ls-850、油泵功率55kw、制品為電腦顯示器后殼、制品材質(zhì)混合，市電運(yùn)行每小時(shí)有功耗電量35kwh，每小時(shí)無(wú)功耗電量27.8kvar，功率因數(shù)0.5573。使用變頻運(yùn)行后每小時(shí)有功耗電量18.4kwh，每小時(shí)無(wú)功耗電量1.4kvar，有功節(jié)電率47.43%，無(wú)功節(jié)電率94.96%,功率因數(shù)0.9293。

6 結(jié)束語(yǔ)
變頻器在注塑機(jī)中的應(yīng)用, 可以節(jié)約大量的電能, 這是不爭(zhēng)的事實(shí)。用變頻器改造注塑機(jī)是生產(chǎn)的要求、技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在應(yīng)用變頻器的過(guò)程中, 應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn), 以控制流量和壓力, 使注塑機(jī)的控制性能更加完善, 不僅大量節(jié)約電能, 而且不影響, 甚至提高注塑機(jī)的生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)
[1] 浙江省經(jīng)貿(mào)概覽2003[z]. 浙江省經(jīng)貿(mào)委
[2] 深圳:第四屆華南國(guó)際塑料工業(yè)展覽會(huì)應(yīng)用技術(shù)論壇論文集[a]. 2003,3.

作者簡(jiǎn)介
宋 濤(1969-) 男 工程師 畢業(yè)于中國(guó)紡織大學(xué)，現(xiàn)在鎮(zhèn)海煉化股份公司從事電氣施工管理、項(xiàng)目經(jīng)理。