注塑机变频改造方案

部分油泵电机节能前言

什么是变频节能装置

变频器一般是利用电力半导体器件；以及内存编程软件的通断作用，将工 频电

源换为另一频率的电能控制装置。

在注塑机中使用变频节能的优点

1，节能； 注塑机通用使用的三相异步交流电机不能变速；其拖动的定量叶片泵；输入液压油的流量不能改变；注塑机再进行低速动作时；多余的流量经溢流阀流回油箱；造成能量大量损失；变频器能根据控制系统的指令；调节电机的转速；使叶片泵输出液压的流量可根据注塑机动作速度要求改变；减少了液压油从溢流阀流会油箱的能耗；从而节省了大量的电能；以及降低液压油的油温；实时监测电机耗电量；节电率达20—70﹪；节电率跟注塑机所生产产品的冷却时间和所生产产品大小也有很大的关系。 2，避免人身安全事故。 注塑机加装变频器后；由于操作人员在模具上取件；清洁和修理时；注塑机电脑的速度模拟量无输出，电机处于停止状态；液压系统无压力；避免了机械的误动作；完全杜绝了注塑机的人身安全事故的发生。 3，软启动；

工频状态下马达采用的是星三角形降压延时启动；此时电流是电机额定电流的4—7倍；若多台大功率的电机同时启动；将对电网造成很大的冲击；采用变频后；电机只需在额定电流下就可软启动；电流平滑无冲击；减小了启动电流对电机和电网的冲击；延长了电机使用寿命。 4，减少无功功率。

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因素的降低导致电网有功率的降低。而使用变频节能控制装置后。由于变频器内滤波电容作用；使得功率因素接近为1；增大了电网的有功功率；从而节省了无功功率消耗的能量。 5．最佳配合、

变频器与注塑机电脑可进行联机控制，通过电脑对变频器的控制实现变频器的输出频率和输出转锯解藕调节，达到变频器与注塑过程各动作的最佳配合，解决注塑机应用变频节能技术导致生产效率降低瓶颈。

6．变频器的寿命。

变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器，冷却风扇那样的消耗的器材。如果对他们进行定期的维护，可望有10年的寿命。

一、对未改造前注塑机工作原理分析

对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一，注塑机的能耗成为注塑行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。

注塑机的能耗主要表现在电能消耗方面，按具体设备来划分，大致可分为下列三个部分：

1.液压系统油泵的电能消耗 2.加热器的电能消耗 3.循环冷却水泵的电能消耗 其中，液压油泵电机的用电量占整个注塑机用电量的80%以上，降低其耗电量是注塑机节能的关键。

注塑机液压油泵大多采用叶片泵、柱塞泵和活塞泵，都是典型的容积式油泵，其供油量与油泵转速成正比，在工频`50Hz恒速运转状态下，油泵的供油量是恒定不变的。由于受到技术条件的限制，现在的注塑机液压系统几乎全部是阀控系统，即油泵电机由工频50Hz电源驱动恒速运转，油泵供油量恒定，当注塑机的油量需求发生变化时，由安装在油泵出口的溢流阀或比例阀来调节负载压力和负载流量，满足注塑机工况变化的需要。

事实上，注塑机液压系统是一个压力和流量波动都较大的负载，在合模、锁模、射胶、保压、冷却、开模、顶出等不同工作阶段，其压力和流量都要发生有规律的变化，典型的注塑机压力和流量曲线如下图所示。

P（MPa）

2Q（I/min）

201050

t（

s）

（s）

注塑机压力循环图

注塑机流量循环图

从上图可以看出，在一个工作循环周期内，注塑机的实际压力和实际流量是变化的，时大时小，有时几乎为零。在实际流量较小时，油泵的供油量远远大于负载实际消耗量，供大于求，富余的处于高压状态下的液压油全部经溢流阀溢流。高压状态下的液压油经溢流阀后放出大量热能，这部分耗散的能量实际上是油泵电机从电网吸收电能中的一部分。小流量状态维持的时间越长，所耗散的电能也就越大。因此，注塑机液压系统存在严重的能源浪费问题。

从上述分析中可知，注塑机液压系统电能浪费问题的最直接原因就是油泵流量与负载流量需求不相适应，供大于求，造成高压液压油溢流，这是油泵转速恒定不变所带来的不良后果。针对此问题，我公司开发出利用变频原理同步跟踪调节器能解决注塑机电能浪费问题。

注塑机原有控制系统采用变频节电器改造后，液压油泵不再是工频50Hz恒速运转的，而是改由调速器进行启停控制和调速运行，速度可以在0-50Hz范围内连续可调，即油泵供油量可以在0-100%范围内连续可调。

在注塑循环过程中，智能控制单元自动检测来自于注塑机控制系统的工作状态信号，并对这些信息进行分析和计算，根据注塑机当前的工作状态（开模、合模、射胶、回料、顶出等）对工作压力及工作流量要求，自动控制调速器运行，从而调节油泵的转速，使油泵实际供油量与注塑机的流量需求相一致，彻底消除溢流现象，节省电能消耗。

目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期过程中的变化，注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力不同，以及负荷变化很大，由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能在挡板，油路泄露，油的温升中消耗，加剧了各种阀的的磨损，又造成油温过高，电机噪音过大，以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计电机的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电能的在量浪费。因此推交置在注塑机上的应用，对于减少能源费具有重要

意义。

二．注塑机工作原理改造的必然性

注塑过程一般分为以下步骤：锁模→注射保压→熔胶加料→冷却定型→开模顶针。每一动作的完成都有时间、压力、速度、位置等几个参数的精妙配合，也就是说在某一位置的位移都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都是可变的。同时每一动作完成后发出终止信号传送给程序控制器，程序控制器收到信号后才发出执行下一动作的指令。此外注塑机系统本身还存在一些弱点：

弱点1：注塑机动作内部有着十分剧烈的突变过程：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就很剧烈的；又如注射过程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射胶

过程工况也是很剧烈的，对机器的冲击非常大，影响了整个注塑系统的寿命。

弱点2：动作油路制动达不到设计的精度，油路制动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，因大多数注塑机都没有死循环控制，阀的开闭精度就会大打折扣，尤其是阀的开闭程度在10%以下和90%以上时，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。

弱点3：执行动作的油缸本身有油封破损，内泄现象，执行动作的可靠性和稳定性不高。这是由于多数时间内，负载的实际耗油量均小于油泵的供油量，造成高压状态下的液压油部分经溢流阀、比例阀等液压元件溢出。该溢流部分不仅未作任何有用功，而且产生热量，造成液压油发热，既耗能，又有害。

采用注塑机的变频运行，就能很好的解决这些问题，既提高了整个注塑系统的精

度和稳定性，减少巨大的机械冲击，延长系统使用寿命，又能够节约大量的电能。

三、注塑机变频节能原理

1.变频节能改造原理

传统的注塑机是采用定量泵供油的，注塑过程的各个动作对速度、压力的要求也不一样，它是通过注塑机的比例阀采用溢流调节的方式将多余的油旁路流回油箱，在整个过程中，马达的转速是不变

的，故供油量也是固定的，而由于执行动作是间隙性的，也并不可能是满负载的，因此定量供油就有很大的浪费空间，据实测至少有50%左右。变频节能正是针对这一浪费空间，实时检测来自注塑机数控系统的比例压力和比例流量信号，适时调整各个工况动作所需的马达转速(即流量调节)，让泵出的流量和压力，刚好能满足系统的需要，而在非动作状态时（主要是在冷却状态），让马达停止运行，这样节能空间就进一步地增大了，故对注塑机进行变频节能改造能够带来巨大的节能效果。 2.变频节能装置的控制系统

我们采用无感矢量变频运行技术（参考电气原理图），变频器实时的检测来自注塑机电脑板给出的压力及流量信号，圆盘机压力或流量信号是0～1A，经内部处理后，输出不同的频率，调节马达转速，即：输出功率与压力和流量同步自动跟踪控制，相当于定量泵变成了节能型的变量泵，原液压系统与整机运行所需功率匹配，消除了原系统的高压溢流能量的损失。可以大大减轻合模、开模的震动，稳定生产工艺、提高产品质量，减少机械故障，延长机器使用寿命，又能够节约大量的电能。

四、注塑机节能变频器特点

适用于注塑机节能与自动化改造的专用节能变频器，采用优

良的控制策略使其具有较快的动

态响应，先进的电流限制技术和硬件优化设计，使产品具有超强的过载能力，能保证在负载频繁波动的情况下，节能变频器不跳闸。并具有以下特点： 1．高可靠性

完善的可靠性设计方案：如冗余设计，降额设计等，所有元器件全部采用工业或军工等级，关键元器件全部采用进口元件，如三菱IPM模块、BHC电容、IXYS整流桥等。关键电路全部采用高集成度厚膜IC，从而保证整机的可靠性； 2．高节电率

保留注塑机原有控制方式油路不变，采用先进的微电脑控制技术，使定量泵变为节能型变量泵，注塑机液压系统与整机运行所需要的功率匹配，无高压节流溢流能量之损失，提高油泵电机功率因素至0.96以上，节电率一般可达25%~65%，所有投资6~12个月便可收回。 3．软启动节能

由于电机为直接启动或Y/Δ启动，启动电流等于（3-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的损坏，而且会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。而使用变频节

能改造后，用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电的要求延长了设备和模具的使用寿命。

4．动态功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因数的降低。由公式S2=P2+Q2

Q=S*SINΦ，P=S*COSΦ，其中：S-视在功率，Q-无功功率，P-有功功率，COSΦ-功率因数。可知当COSΦ越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑机COSΦ值在0。6-0。8之间，而使用变频器调速节能控制装置后，由于变频器内部有滤波电容使得COSΦ≈1，从而减小了无功损耗，增大了电网的有功功率。

5．超强的过载能力和动态响应速度

注塑机节能变频器采用先进的控制算法和独特的限流技术，确保在注塑过程中，能承受起启停重负载的冲击而不跳闸，以确保生产过程的连续性。高速的动态响应，最大限度减小制品成形周期的延迟现象。

完善的EMC设计:节能变频器采用完善的EMC设计方案，内部布局优化设计，采用多种EMI对策，确保对注塑机电气系统的干扰减小到最小，保证其工作的稳定性。

五、安装及售后服务

1、安装本节电器绝不改变原有设备的控制和生产产量及产品质量，所有节能都是在

不影响生产的前题条件下进行的实施。

2、本产品质量保修期为2年.使用寿命长达8—10年以上，终身维护。 3、若在使用过程中有质量问题我公司技术员在8小时内赶到现维护场处理。 4、节能器若在有技术故障时，启动设备上的旁路装置，可继续生产。. 5、建立详细的用户档案，定期回访。

六、设备集成管理和自动化控制

根据客户实际情况来进行集成管理和自动化控制

第二部分加热部分节能前言

一、感应加热机原理：

高效加热是通过把电能转换为磁能，使被加热钢体感应到磁能而发热的一种加热方式。这种方式它从根本上解决了电热片、电热圈等电阻式通过热传导方式加热的效率低下的问题，节电效率高达60%以上。

二、电阻片工作原理

电阻片工作原理是通过电能将电阻片加热，通过热传递来使受热体加热，加热方式是由外向里，能量容易散发。

三、感应加热机

1、高效节能

电能--热能转换效率96%以上，在同等条件下，比电阻圈加热方式节电约60-80％。 2、运行稳定

主机采用目前最先进的工业用机板，微电子控制，多路智能闭环控制系统和强大完备的保护功能，有效避免了主机老化现象，可充分保证设备长期安全、稳定地运行。 3、缩短预热时间

电阻式加热方式由于采用外热方式，只有接触到加热体的内侧电阻圈才能将热量传导给加热体，从而导致加热效率低，升温时间长。高效节能加热方式采用内热方式，加热体内部分子直接感应磁能而生热，平均预热时间比电阻圈加热方式缩短2/3。 4、智能温度控制

本设备采用液晶屏显示当前实时温度和设定温度范围，内置芯片可智能控制加热速度和输出功率，可根据生产实际情况进行灵活调节，比手工控制方式更省电、可靠，便于客户频繁换料生产。 5、加热温度范围大

电阻式加热方式的功率密度低，向外围空间的散热快，一般难以加热到400℃以上。而高效节能方式采用内热方式，功率密度高，可以加热到600℃以上温度。 6、增大了供电变压器的宽裕度

高效节能加热方式只用原电阻圈总功率30-50%的装机功率，即可正常生产，大大减轻了主送电变压器的实际负荷，大大增加了用户的用电宽裕度，可安装更多的生产设备。

7、减少分区，模块化快捷安装，便于拆卸

高效节能设备按照客户参数定制，全部采用模块化结构，分为机箱、负载和温控三大模块，并按照加热体各部分所需温度进行灵活分区，通过绕制环形结构来实现均匀加热，通过轮流切换来实现分区控制，比电阻圈加热方式可节省分区，方便拆卸。 8、安装技术简单

高效节能设备不需改造和破坏原有设备结构，直接拆除原有电阻圈，在加热体表面施工即可。外部接线少，均采用颜色标签进行区分；负载电缆采用环形绕制方法，

简单易学。客户可根据自身情况选择自主安装施工，本公司可免费提供技术指导，为客户节约大量安装费用。 9、改善工作环境

高效节能加热方式采用内热方式，热量聚集于加热体内部，外部热量耗散几乎没有，设备表面人体可触摸，环境温度从原来电阻圈加热时的100℃以上降低至常温，大大改善了生产现场的工作条件，将有力提高工人生产积极性，降低厂区通风降温费用。

10、降低维护费用

加热部分采用环形电缆结构，电缆本身不会产生热量，并可承受500℃以上高温，使用寿命高达5-8年以上。不需维护，后期基本无维护费用。

四、安装方式：

第三部分投资回收期

根据现场测试数据

1、原年开支电费为（安单台计算为例）

2、安装注塑机节电系统后节能投资回收期与效益分析

八、综合评价

本案例设备投资金额 目前情况来看，每年可节约电费约多元左右，用 个月左右的时间就可收回全部节电设备投资。设备使用按10年计算，该节电项目实施后将为贵公司创造约 元的利润，是一个投资少、效益高的项目。节电投资与其它投资不同，不受外界因素的影响，所节约的电费就是公司的纯利润。因此，我们建议贵公司尽早决策，早受益。

九.结束语

随着塑料制品的广泛应用及其产量的迅猛增长，塑料机械已成为建材、电子电气、石化、汽车、机械、包装等行业的重要技术装备，注塑机专用变频器应用在注塑机节能改造上，是行之有效的节能方法，值得向塑料制品行业大力推广。

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