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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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ES300變頻器在注塑機(jī)變頻節(jié)能改造的應(yīng)用

ES300變頻器在注塑機(jī)變頻節(jié)能改造的應(yīng)用

 一、概述    

注塑機(jī)設(shè)備在各類加工行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用,它使用的是注射成型的方式。

塑料注射成型是利用塑料三種狀態(tài),借助于注塑機(jī)和模具,成型出所需要的塑料制品。盡管所用的注塑機(jī)不盡相同,但要完成的工藝內(nèi)容和基本過(guò)程還是相同的,下以臥式螺桿注塑機(jī)的加工過(guò)程為例予以說(shuō)明。

1、合模與鎖緊

注射成型過(guò)程是一個(gè)循環(huán)工作過(guò)程,一般以合模作為過(guò)程的始點(diǎn),合模過(guò)程中動(dòng)模板的移動(dòng)速度需符合慢–快–慢要求,而且有低壓保護(hù)階段。低壓保護(hù)的作用一方面是保證模具平穩(wěn)地合模,減小沖擊,縮短閉模時(shí)間,從而縮短成型周期;另一方面是當(dāng)動(dòng)模與定??煲咏鼤r(shí),避免模具內(nèi)有異物或模內(nèi)嵌件松動(dòng)脫落損壞模具。最后為高壓低速鎖模階段,該階段的作用是保證模具有足夠的鎖緊力,以免在注射、保壓時(shí)產(chǎn)生溢邊等現(xiàn)象。

2.注射裝置前移

當(dāng)合模機(jī)構(gòu)閉合鎖緊后,注射座整體移動(dòng)油缸工作,使注射裝置前移,保證噴嘴與模具澆道口貼合,為注射階段作好準(zhǔn)備。

3.注射與保壓

完成上述兩個(gè)工作過(guò)程后,注射裝置的注射油缸工作推動(dòng)注射機(jī)螺桿前移,使料筒前部的熔料以高壓高速注入模腔內(nèi)。此時(shí)螺桿頭部作用于熔料上的壓力稱之為注射壓力,又稱一次壓力。熔料注入模腔后,由于模具的冷熱傳導(dǎo),使模腔內(nèi)物料產(chǎn)生體積收縮。為了保證塑料制品的致密性、尺寸精度、強(qiáng)度和剛度,必須使注射系統(tǒng)的模具施加一定的壓力進(jìn)行補(bǔ)料,直到澆注系統(tǒng)(關(guān)鍵是澆口處)的塑料凍結(jié)為止。此時(shí)螺桿作用于熔料上的壓力稱之為保壓壓力,又稱二次壓力 。

4.制品冷卻和預(yù)塑化

隨著模具的進(jìn)一步澮,模具澆注系統(tǒng)內(nèi)的深料逐漸趨于凍結(jié),尤其當(dāng)澆口凍結(jié)時(shí),保壓已失去了補(bǔ)料作用,此時(shí),可以卸去保壓壓力,使制品在模內(nèi)充分冷卻定型。

同時(shí),螺桿傳動(dòng)裝置帶動(dòng)螺桿傳動(dòng),料斗內(nèi)的塑料經(jīng)螺桿向前輸送,在料筒加熱系統(tǒng)的外加熱和螺桿的剪切、混煉作用下,塑料逐漸依次熔融塑化,并由螺桿運(yùn)到料筒端部,產(chǎn)生一定的壓力。這壓力是根據(jù)所加工塑料調(diào)節(jié)注射機(jī)液壓系統(tǒng)的背壓閥和克服螺桿后退的運(yùn)動(dòng)阻力建立的,統(tǒng)稱為預(yù)塑背壓,其目的是保證塑化質(zhì)量。由于螺桿不停地轉(zhuǎn)動(dòng),熔料也不斷地向料筒端部輸送,螺桿端部產(chǎn)生的壓力迫使螺桿連續(xù)向后移動(dòng),當(dāng)后移到一段距離,料筒端部的熔料足以滿足下次注射量時(shí),由于制品冷卻和預(yù)塑同時(shí)進(jìn)行一般要求預(yù)塑時(shí)間不超過(guò)制品冷卻時(shí)間,以免影響成型周期。

5.注射裝置后退

注射裝置是否后退根據(jù)加工塑料的工藝而定。有的在預(yù)塑化后退回,有的在預(yù)塑化前退回,有的在預(yù)化前退回,有的注射裝置根本不退回,如熱流道模具。注射裝置需要退回的目的是避免噴嘴與冷模長(zhǎng)時(shí)間接觸使噴嘴內(nèi)料溫過(guò)低而影響下次注塑和制品質(zhì)量。有的為了便于清料,也常使注射裝置退回。

6.開(kāi)模和頂出制品

模具內(nèi)的制品冷卻定型后,合模機(jī)構(gòu)就開(kāi)啟模具。在注射機(jī)的頂出系統(tǒng)和模具的頂出機(jī)構(gòu)聯(lián)合作用下,將制品自動(dòng)頂落,為下次成型過(guò)程做好準(zhǔn)備。

根據(jù)上述動(dòng)作,按時(shí)間先后程序把注射機(jī)工作過(guò)程繪成曲線圖(見(jiàn)圖1)

 注塑機(jī)工頻及變頻運(yùn)行的耗電曲線(圖1)

 二、塑機(jī)節(jié)能的原理    

1.理論原理

油泵的輸出功率:pt=p×Qt=p×v×n     (1)                              

油泵的理論轉(zhuǎn)矩:Tt=1/2π×p×V       (2)

P為壓力,Qt為流量,V為油泵排量,n為油泵的轉(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(guò)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(lái)降低其轉(zhuǎn)速,從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過(guò)比例流量閥流回油箱,造成能源的白白浪費(fèi)。

2.油泵變頻調(diào)速節(jié)電運(yùn)行

從圖1注塑機(jī)的P=f(t)工序過(guò)程中看出,在不同時(shí)間段,它的主油泵壓力是變化的,而且起伏較大,這就存在節(jié)能的可能性,且潛力較大。據(jù)統(tǒng)計(jì),注塑機(jī)節(jié)電率一般可達(dá)25%-60%。眾所周知注塑機(jī)未使用變頻器時(shí),主泵的電動(dòng)機(jī)始終恒速運(yùn)行,是極不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行的方式。

采用注塑機(jī)節(jié)電控制器,將控制比例流量閥的電流信號(hào)(0-1A),按每個(gè)生產(chǎn)工藝階段設(shè)定的流量比例,得到0-1A的比例信電表去打開(kāi)電磁閥的比例開(kāi)度,以提供系統(tǒng)所需的壓力。多余的流量通過(guò)溢流閥溢流掉。把比例流量信號(hào)連接到注塑機(jī)節(jié)電控制器作為驅(qū)動(dòng)指令,控制油壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,油泵只補(bǔ)充油路中所消耗的部份,油泵電機(jī)按比例指令運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)速,輸出相應(yīng)的流量,以提供系統(tǒng)所需的壓力。即需要多少提供多少,在源頭上讓它不產(chǎn)生浪費(fèi)。因此用變頻節(jié)電系統(tǒng)在注塑機(jī)的整過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中都具有明顯的節(jié)電效果,從而能夠較大幅度節(jié)能省電,為用戶帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

 三、注塑機(jī)的變頻改造的可行性    

一臺(tái)通用注塑機(jī)設(shè)備,在一個(gè)完整的注塑過(guò)程中的鎖模、射膠、充填、熔膠、冷卻 、開(kāi)模等階段對(duì)壓力的要求各不相同,開(kāi)模階段只需保證較小的壓力即可,但要熔膠、冷卻時(shí)卻需要較大的壓力,以保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率。根據(jù)注塑機(jī)原理,我們知道電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,注射壓力也就越大,所以通過(guò)變頻器對(duì)注塑機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速實(shí)現(xiàn)變壓節(jié)能是完全可行的。

當(dāng)前大多數(shù)注塑機(jī)生產(chǎn)商家都未采用節(jié)能變頻器技術(shù),還是采用的星形-三角形啟動(dòng),由工頻電網(wǎng)直接供電,啟動(dòng)電流大,且嚴(yán)重浪費(fèi)電能;如果采用變頻調(diào)速調(diào)壓的方式則可實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)電機(jī)的軟啟動(dòng) ,并可根據(jù)各個(gè)不同工藝階段的壓力需求自動(dòng)改變運(yùn)行頻率,達(dá)到節(jié)能增效的目的。這些功能可通過(guò)變頻器的流量壓力模擬反饋或多段速度的調(diào)節(jié)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。具有投資回收快的特點(diǎn)。

 四、方案簡(jiǎn)述    

目前一些注塑機(jī)已采用了變頻節(jié)能技術(shù),收到了節(jié)能、超靜音、高效和可靠的顯著效果,且能大大減少注塑機(jī)的耗電量,這已在眾多注塑機(jī)用戶中得到了非常好的評(píng)價(jià)與信賴。通過(guò)一些專家的測(cè)試和改良,注塑機(jī)的變頻節(jié)能技術(shù)已日趨完善。

一般的注塑機(jī)的變頻節(jié)能改造通常是:將用來(lái)控制調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的電量信號(hào),進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后作為變頻器輸出頻率的給定信號(hào),或是將注塑機(jī)的鎖模、射膠、熔膠、冷卻、開(kāi)模等工藝過(guò)程控制信號(hào)進(jìn)行處理后作為變頻器的多段速或程序控制信號(hào)(也是變頻器輸出頻率的給定信號(hào)),以此調(diào)節(jié)方式來(lái)滿足注塑機(jī)各種工藝對(duì)供油壓力和流量的要求,并達(dá)到節(jié)能的目的。(見(jiàn)圖2)

為了實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)在變頻調(diào)節(jié)時(shí)的最佳工況,我公司特別研究開(kāi)發(fā)了針對(duì)注塑機(jī)壓力,流量雙信號(hào)控制回路自動(dòng)切換電路,它能根據(jù)注塑機(jī)各個(gè)不同工作環(huán)節(jié)的流量,壓力要求不同而自動(dòng)選擇信號(hào),這樣在加工一些高、精度的塑料產(chǎn)品時(shí)使用更是得心應(yīng)手。

變頻器改造示意(圖2)

 五、應(yīng)用案例    

1.變頻改造應(yīng)用中注意的事項(xiàng)

必需是采用比例流量控制的注塑機(jī)才可進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

變量泵不用進(jìn)行變頻節(jié)能改造。因?yàn)樽兞勘帽旧硪褞в幸欢ǖ墓?jié)能效果,增加變頻器不能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。

有些繼電器控制的注塑機(jī)速度是采用手調(diào)節(jié)流量閥控制速度的,進(jìn)行變頻節(jié)能改造的效果并不理想。對(duì)小型注塑機(jī)也輥對(duì)變頻器響應(yīng)速度的特別要求,需慎進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

一般情況下,安裝節(jié)能變頻器不會(huì)影響注塑機(jī)的操作使用方式,為保證生產(chǎn)效率,某些工藝參數(shù)卻需要作調(diào)整

2.如何正確取得控制信號(hào)

實(shí)現(xiàn)變頻器與注塑機(jī)的最優(yōu)結(jié)合是十分重要的,我們采用方案的原理框圖(見(jiàn)圖3)。

變頻控制流程(圖3)

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用設(shè)定參數(shù)

P00.01=1

P00.12=1

P06.07=4.9

P00.02=2

P06.00=2210

P6.16=100

P00.11=1

P06.05=1.24

P06.18=100

P12.20=1010

P12.22=100

4.技術(shù)規(guī)范

功能描述

規(guī)格指標(biāo)

功率輸入

額定輸入電壓

三相380V &plusmn;20%,電壓失衡率<3%< p="">

額定輸入頻率

50~60Hz(&plusmn;5%)

功率輸出

額定輸出電壓

≤ 輸入電壓

額定輸出電流

變頻器額定輸出電流連續(xù)輸出

過(guò)載能力

150%額定電流1分鐘,180%額定電流10秒

控制功能

控制方式

V/F控制,無(wú)PG矢量控制

最高頻率

600.00Hz

信號(hào)給定方式

通訊、模擬電壓、模擬電流、多段速、簡(jiǎn)易PLC及各種組合

頻率分辨率

數(shù)字給定:0.01Hz

模擬給定:最高頻率&times;0.1%

調(diào)速范圍

1:50(V/F控制)、1:200(矢量控制)

穩(wěn)速精度

&plusmn; 0.2%額定同步轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)矩提升

自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升、固定轉(zhuǎn)矩提升、任意轉(zhuǎn)矩提升

加減速曲線

直線

加減速時(shí)間

0.01S~600.00S

自動(dòng)電壓調(diào)整

當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí),能自動(dòng)保持輸出電壓恒定

過(guò)流、電壓失速

對(duì)運(yùn)行期間電流電壓自動(dòng)限制,防止頻繁過(guò)流過(guò)壓跳閘

直流制動(dòng)

直流制動(dòng)頻率:0.10Hz~60.00Hz

制動(dòng)時(shí)間:0.00S~30.00S

制動(dòng)動(dòng)作電流值:0.00%~150.00%

特殊功能

參數(shù)自整定

能自動(dòng)學(xué)習(xí)電機(jī)參數(shù),可使電機(jī)的效率始終保持最佳狀態(tài)

隨機(jī)載波

可有效改善PWM方波的頻譜分布,降低了電機(jī)運(yùn)行噪聲,更有效抑制電磁干擾的發(fā)生

配置電抗器

標(biāo)配直流電抗器有效抑制高次諧波,有效降低電流畸變率,最大幅度減小干擾,使電流更接近正弦波(18KW以上)

外圍接口

外部電源

10V/20mA、24V/150mA

數(shù)字量輸入

8路數(shù)字可編程輸入端子

DI8為高速脈沖輸入通道,輸入頻率0~100KHz

數(shù)字量輸出

2路可編程開(kāi)集輸出,2路可編程繼電器輸出

YO2可提供高速脈沖輸出,頻率0~100KHz

模擬量輸入

AI1:0~10V/0~20mA輸入

AI2:0~10V/0~20mA輸入

AI3:-10~10V電壓輸入/PT100溫度傳感器

模擬量輸出

AO1:0~10V/0~20mA輸出

AO2:0~10V/0~20mA輸出

485通訊

支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議

操作鍵盤(pán)

LED顯示

5位數(shù)碼管顯示

LCD液晶顯示

可配置液晶顯示屏,支持中英雙顯

按鍵

8個(gè)操作按鍵

參數(shù)拷貝

可上傳、下載變頻器的參數(shù)信息,實(shí)現(xiàn)快速參數(shù)復(fù)制

保護(hù)

故障保護(hù)功能

輸入缺相、輸出缺相、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等

環(huán)境

安裝場(chǎng)所

室內(nèi),不受陽(yáng)光直射,無(wú)塵埃、腐蝕性氣體、可燃性氣體、油霧、水蒸汽、滴水或鹽份等

海拔高度

低于1000米

環(huán)境溫度

-10℃~+40℃

防護(hù)等級(jí)

IP20

冷卻方式

強(qiáng)迫風(fēng)冷

5.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖片

6.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)。

● 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。

●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3~5℃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。  

 

● 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。

● 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,由于德斯瑞ES300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。

 六、德瑞斯ES300注塑機(jī)專用機(jī)型特點(diǎn)    

● 標(biāo)配直流電抗器,提高整機(jī)效率,熱移定性和抗干擾能力;

● 力矩輸出穩(wěn)定,低頻大力矩,能夠?qū)崿F(xiàn)低速0.1HZ額定負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行;

● 額定負(fù)載能夠?qū)崿F(xiàn)0.2S啟停;

● 輸入和輸出缺相,輸出短路保護(hù)等超過(guò)20和保護(hù)。

參考資料:德瑞斯ES300變頻器使用手冊(cè)

審核編輯(
王靜
)
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