半個(gè)世紀(jì)以來，塑料已成為工農(nóng)業(yè)和民用主要的材料之一。注塑機(jī)就是一種專用的塑料成型機(jī)械。它利用塑料的熱塑性，經(jīng)適當(dāng)加熱熔化后，加高壓快速流入模腔，經(jīng)一定時(shí)間保壓、冷卻，成為各種型材和塑料制品。
在注塑機(jī)上推廣應(yīng)用變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低油污染和噪聲污染，延長機(jī)器使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。因此將逐步推廣使用。
一、注塑機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案
注塑機(jī)的工作循環(huán)如下: 1) 鎖合模:模板快速接近定模板，且確認(rèn)無異物存在時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓，將模板鎖合。 2) 注射臺(tái)前移:噴嘴與模具緊貼。 3) 注射:注射螺桿以一定的壓力和速度將料筒前端的熔料注入模腔。 4) 保壓、冷卻:通過此動(dòng)作，使模腔內(nèi)的塑料制品冷卻成形。 5) 預(yù)塑:傳統(tǒng)上應(yīng)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿并后退，料斗中加入的塑料粒子被前推，并進(jìn)行預(yù)塑。螺桿后退到預(yù)定位置，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備下一次注射。 6) 注射臺(tái)后退，開模 。7) 頂出制品 以上這些動(dòng)作在傳統(tǒng)的注塑機(jī)上都是以液壓系統(tǒng)來完成的。由油泵和不同閥門的配合產(chǎn)生不同的壓力方向和流量，提供油缸和液壓馬達(dá)所要求的推動(dòng)力和移動(dòng)速度。
眾所周知，油泵的輸出功率 Pt=p×Qt=p×V×n
(1) 而油泵的理論轉(zhuǎn)矩: Tt=1/2π×p×V (2) 式中p為壓力，Qt為流量，V為油泵排量(油泵每轉(zhuǎn)排出的油量)，n為油泵轉(zhuǎn)速 將(2)式代入(1)式得: Pt=2π×Tt×n
(3) 如果忽略機(jī)械能到液壓能轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，則可近似認(rèn)為油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積。因此可以看出，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，系統(tǒng)需要的功率其實(shí)是非常低的。但是實(shí)際情況卻是，由于電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在工頻50Hz狀態(tài)上，并不能根據(jù)實(shí)際的需求來降低其轉(zhuǎn)速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費(fèi)。
二、油泵變頻調(diào)速此種方案采用富士矢量變頻器。將控制比例流量閥的電流信號同時(shí)輸入給變頻器的模擬量輸入端，通過控制油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵的實(shí)際流量正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵的輸出功率因此也正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速(見公式3)，起到了節(jié)能的目的。根據(jù)塑料制品和工藝要求的不同，其整體節(jié)能效果從35%至70%的范圍內(nèi)不等。同時(shí)與始終運(yùn)行在工頻轉(zhuǎn)速上的電機(jī)和油泵相比較，伴隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，系統(tǒng)平均音量降低3-5分貝。減少3分貝的噪音可使實(shí)際噪音降低50%，因此工廠的環(huán)境和員工的勞動(dòng)條件得到改善
電動(dòng)預(yù)塑機(jī)構(gòu)(電液混合式注塑機(jī))作為電液混合式注塑機(jī)，是采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)來替代一部分液壓系統(tǒng)，這樣既保留了液壓系統(tǒng)的動(dòng)力強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又增加了電動(dòng)系統(tǒng)的高效率、節(jié)省能源的優(yōu)勢，使機(jī)器本身的性能有了很大的提高。圖2示出電動(dòng)預(yù)塑機(jī)構(gòu)，是電液混合式注塑機(jī)中最常見的一種方式。它使用了變頻器和電機(jī)矢量控制，以取代傳統(tǒng)的液壓馬達(dá)。其帶來的優(yōu)點(diǎn):除了節(jié)約(25%以上)和降低噪音以外(3分貝)，還大大縮減了原有的液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的功率可因此平均降低了30%。相關(guān)的液壓設(shè)備安裝及維護(hù)費(fèi)用大幅降低。由于使用F4-F矢量控制變頻器，對于預(yù)塑螺桿的速度控制較之液壓馬達(dá)更為精確，故能保證每模注塑量的一致性，使產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高。并且電動(dòng)預(yù)塑機(jī)構(gòu)是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，因此預(yù)塑動(dòng)作可在開合模時(shí)同時(shí)完成，對于一些冷卻時(shí)間較短的制品，其每模的生產(chǎn)周期可以大幅縮短，從而提高了制品的產(chǎn)量。
三、油泵變頻調(diào)速方案的探討 由于現(xiàn)今在中國對注塑機(jī)節(jié)能改造的方案主要集中于油泵變頻調(diào)速，而針對油泵電機(jī)采用的變頻器，也有幾種不同類型的應(yīng)用。例如:采用編碼器速度反饋的閉環(huán)矢量控制變頻器 ，以及采用無速度傳感器矢量控制變頻器。現(xiàn)對以上不同類型的變頻器在油泵調(diào)速性能方面作一比較，并加以探討。
