浅谈注塑机的变频运行与调试

1 引言

近几年来，变频器节能运用于注塑机行业如雨后春笋般地异军突起，国内许多的变频器厂家也不约而同的看好这个行业，有关注塑机专用型变频器的广告更是铺天盖地。但真正成功的典范还是为数不多，并且有的厂家也已经试用过两三个品牌，但他们的结论都是否定的。笔者从切身经历就富凌dzb系列注塑机专用变频器从其特点及现场应用作一个简介。

2 注塑机系统工作简介

要作好注塑机变频器得首先从注塑说起。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:(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，对机器的冲击都十分的大，影响了整个注塑系统的寿命。(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，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。(3)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。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，减少了巨大的机械冲击，延长了系统使用寿命，又能够节约大量的电能。

3 注塑机的变频运行
3.1 变频运行节能的基本原理
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，根据注塑机发出的各个动作信号，适时适量调整各个动作所需的马达转速(即流量调节)，让泵出的油量刚好能满足动作的需要，而在非动作状态时让马达停止下来，这样节能空间就进一步地增大了，故对注塑机进行节能改造能够带来巨大的节能效果。

3.2 dzb系列注塑机专用变频器的现场运行

(1) dzb系列注塑机专用变频器的原理框图，见图1。

图1 原理框图

(2) dzb系列注塑机专用变频柜的主线路图，见图2。

图2 控制柜主线路图

(3) 变频器的安装
dzb系列注塑机专用变频器采用柜式结构。所以安装十分简单，除了通常的三根线输入、三根线输出以外，变频器的接地也十分重要，必须安全可靠。注塑机的流量信号、压力信号需接至变频器内部的(0～1a)专用信号接口。

4 变频器的调试
(1) 加减速时间的设置:变频器为了满足节能的目的，控制马达随反馈量的变化适时调整电动机的转速。因其加减速必须有一定的时间，若加速时间设定过长，会影响动作的响应速度，导致某些动作缓慢甚至无法完成;加速时间过短，会导致系统加速时过电流等，变频器就可能会频繁地进行过载保护，故此时间的设置应适当才能保证变频器的正常使用，又不至于影响生产。减速时间的设定也是如此，过长会影响动作响应及节能效果;过短会出现直流母线过电压、过电流，变频器同样会进行保护。富凌变频器的加减速时间设定范围宽，从0.1～999.9秒之间可任意设置，调试人员可根据具体的工况设置，如有特殊工况可采用能耗制动。
(2) 过载保护是变频器的一项基本功能，过载能力的高低直接影响到注塑生产的连续性。一般来讲，过载保护是衡量变频器可靠性的重要指标，过载能力的强弱与允许过载的时间和允许过载的百分比有关，呈反时限特征。一般的通用变频器的过载保护设置为150%/1分钟。而富凌注塑机专用变频器的过载能力强，其过流保护拓宽到额定电流的180%/1分钟;短路保护电流也设计为额定电流的300%。
(3) 过压失速的功能选择和过压保护也是变频器的一个保护功能，若选择设定不当会影响正常生产。这主要是因为变频器在减速运行过程中由于负载惯性的作用，会出现电机的实际转速高于变频器输出同步速度的情况，此时电机向变频器回馈电能，造成变频器直流母线电压升高，富凌变频器由于其内部采用自激式开关电源，工作电压范围宽，为额定电压的±20%，当然由于电机处于发电状态所回馈的能量也只有超过额定工作直流电压的20%以后才会过压保护。
以上这些功能参数的选择和设定直接影响到变频器本身的性能及与注塑工况的匹配性，若选择或设定不当，变频器就可能处于频繁的保护，注塑机的正常生产就会受到影响。

5 dzb系列变频器的特点

(1) 采用西门子第三代大功率模块igbt作为主要控制器件。16位电机专用微电脑处理器，采用最新的空间电压矢量调制方式(svpwm)以实现对电机的精确控制，噪音小，低速高转矩输出。
(2) 采用先进的载波频率随机自动调节方式，(即:在启动时，变频器采用低载波频率高转矩输出，在运行过程中则采用高载波频率静音化运行，当工作温度变高时则降低载波频率以减少开关器件的损耗)从而实现电动机最优运行。
(3) 外控端口，可实现软件编程，功能齐全，提高了广泛的适用性。
(4) 保护功能齐全，其中短路保护采用vce电压检测短路保护+电流超值短路保护，双重保护更加可靠。
(5)具有先进的注塑机专用输入接口(0～1a)(即:流量信号、压力信号)，可实现全程自动跟踪控制，操作极为方便。
(6)工变频转换灵活，为了确保生产的长期正常运行，原有的工频运行不变，在dzb系列注塑机专用变频器的控制柜上可以方便的相互切换。这些特点都对注塑机有很大的好处。

6 结束语

宁波三和公司从我公司购买注塑机专用变频器十多台，节能效果十分明显，其中最少的也有40%，平均达52%之多。同时操作方便，深受其公司领导和操作人员的欢迎。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、包装、电子电气、汽车、石化、机械等行业的重要技术装备，需求量激增，塑机行业已成为21世纪我国经济发展中的朝阳产业。当然注塑机专用变频器也将随着成功应用的典范的增多，必将深受更广大的客户所接受。富凌变频器作为我国变频器行业的一支生力军，她必将为我国的变频事业和塑料工业做出新的更大贡献。

参考文献
[1] 台州富凌机电有限公司. dzb系列变频调速器使用说明书.

作者简介
刘文兵(1981-) 男 硬件开发工程师 台州富凌机电有限公司技术部经理，从事变频器的开发与制造。

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