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◆注塑機單臺功率（11kw）注塑機節能方案伺服精密無感矢量控制注塑機節能改造方案一．前言我國已持續近兩年的電力供應短缺的現象，到2004年形勢更加嚴峻，上半年出現拉閘限電的省市區已經達到24個
◆注塑機單臺功率（11kw）
注塑機節能方案
伺服精密無感矢量控制
注塑機節能改造方案
一．前言
我國已持續近兩年的電力供應短缺的現象，到2004年形勢更加嚴峻，上半年出現拉閘限電的省市區已經達到24個。今年上半年，電力需求受9.7%GDP增長拉動，繼續高速增長，并呈“工業用電繼續保持快速增長，高耗電行業用電增長居高不下"的特征。而電力供應能力則增加有限，出現持續供應不足的局面，致使電力供需矛盾緊張，缺電范圍和持續缺電地區進一步擴大。
對于塑料制品行業來說，電耗是其生產成本的主要部分，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設備之一，注塑機的能耗成為注塑行業降低成本，提高產品競爭力的有效途徑。
目前絕大多數的注塑機都屬于液壓傳動注塑機，液壓傳動系統中的動力由電機帶動油泵提供。在注塑周期過程中的變化，注塑機在不同工序下需要的流量和壓力不同，必須依靠流量閥和壓力閥調節不同工序所須的流量和壓力不同，以及負荷變化很大，由于定量泵不可調節輸出功率，因此多余的能量只能在擋板，油路泄露，油的溫升中消耗，加劇了各種閥的的磨損，又造成油溫過高，電機噪音過大，以及機械壽命縮短等現象。并且通常在設計電機的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車"的現象，造成電能的在量浪費。因此推交置在注塑機上的應用，對于減少能源費具有重要意義。
二．注塑機工作原理及改造的必然性
注塑過程一般分為以下步驟：鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開模頂針。每一動作的完成都有時間、壓力、速度、位置等幾個參數的精妙配合，也就是說在某一位置的位移都有相應的壓力和速度，且在不同的位置和時間內其壓力和速度都是可變的。同時每一動作完成后發出終止信號傳送給程序控制器，程序控制器收到信號后才發出執行下一動作的指令。此外注塑機系統本身還存在一些弱點：
*、注塑機動作內部有著十分劇烈的突變過程：如鎖模過程中，快速鎖模→慢速低壓護模→高壓高速鎖模的工況突變就很劇烈的；又如注射過程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過程工況也是很劇烈的，對機器的沖擊非常大，影響了整個注塑系統的壽命。
第二、動作油路制動達不到設計的精度，油路制動的開閉取決于電磁閥，而電磁閥的動作又取決于過程控制器提供的電壓和電流，因大多數注塑機都沒有死循環控制，閥的開閉精度就會大打折扣，尤其是閥的開閉程度在10%以下和90%以上時，某一動作在此狀態下被執行很難保證其穩定性和重復精度。
第三 、執行動作的油缸本身有油封破損，內泄現象，執行動作的可靠性和穩定性不高。這是由于多數時間內，負載的實際耗油量均小于油泵的供油量，造成高壓狀態下的液壓油部分經溢流閥、比例閥等液壓元件溢出。該溢流部分不僅未作任何有用功，而且產生熱量，造成液壓油發熱，既耗能，又有害。采用注塑機的伺服無感矢量運行，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統的精度和穩定性，減少巨大的機械沖擊，延長系統使用壽命，又能夠節約大量的電能。
第四 、很多客戶以前采用變頻器控制技術V/F控制方式和同步伺服更換油泵及電機控制為了達到高效的節能效果，我公司的伺服精密無感矢量控制在和同步伺服的情況下相比較我們的伺服比同步伺服更好。優點是：伺服精密無感不用更換電機和油泵（優點），同步伺服必須更換電機和油泵（缺點）同步伺服不是在注塑機每個動作都可以調節只有在注塑機控制系統面板調節(缺點)伺服精密無感矢量可以在不改變原有的控制方式可以隨時可以調節所有的注塑機的動作的流量大小及速度扭矩控制（優點）。
三、注塑機伺服無感矢量原理
3.1伺服無感矢量節能改造原理
傳統的注塑機是采用變頻器和同步伺服改造節能讓定量泵變為變量泵：
這*種方式V/F控制節能效果差影響產品周期及效益（投資小）。
第二種方式同步伺服控制節能效果好精密度高不影響周期（投資費用高）維修不方便無法讓原有系統運行影響客戶生產。
第三種方式伺服精密無感矢量控制節能效果和同步效果一樣不影響周期（投資費用中）維修方便可以切換原有系統運行不影響客戶使用。
原注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求也不一樣，它是通過注塑機的比例閥采用溢流調節的方式將多余的油旁路流回油箱，在整個過程中，馬達的轉速是不變的扭矩不大，故供油量也是固定的，而由于執行動作是間隙性的，也并不可能是滿負載的，因此定量供油就有很大的浪費空間，據實測至少有50%左右。伺服精密無感矢量節能正是針對這一浪費空間，實時檢測來自注塑機數控系統的每個動作控制及比例壓力和比例流量信號，適時調整各個工況動作所需的馬達轉速及扭矩(即流量調節)，讓泵出的流量和壓力，剛好能滿足系統的需要，而在非動作狀態時（主要是在冷卻狀態及保壓），讓馬達停止運行，這樣節能空間就進一步地增大了，故對注塑機進行伺服無感精密矢量節能改造能夠帶來巨大的節能效果。
伺服無感矢量控制框架流程圖
3．2伺服無感矢量節能裝置的控制系統
四、伺服無感矢量控制特點
伺服精密無感矢量是適用于注塑機及壓鑄機節能打造異步電動機變為同步伺服電動機控制技術軟件，采用優良精密的控制策略使其具有較快的動態響應，*的電流限制技術和硬件優化設計，使產品具有*的過載能力，能保證在負載頻繁波動的情況下，伺服精密無感矢量不跳閘。并具有以下特點：
1．高可靠性
完善的可靠性設計方案：如冗余設計，降額設計等，所有元器件全部采用工業或*等級，關鍵元器件全部采用進口元件，如三菱IPM模塊、BHC電容、IXYS整流橋等。關鍵電路全部采用高集成度厚膜IC，從而保證整機的可靠性；
2．市電分析耗電量
單泵注塑機11kw 1臺、 負載率為：60%
電機功率為：11kw 電機極數6p 電機電流為：28A 380V 電費按照平均值計算取0.85元/ 度:
改造前 （電流）A | 改造前 ( 功率)kw | 改造前運行 （小時）天/度 | 改造前運行 （每月）天/度 | 改造前運行 （每年）月/度 | 改造前運行 （年總合）元 |
16.8A | 8.4KW | 24 | 30 | 11 |
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16.6A | 8.4KW | 24 =201.6 | 30 =6048 | 11 =66528 | =56548.8元 |
根據上面的實際數據計算每月改造前注塑機每年耗電量為：6.65萬度電量，每年消耗的人民幣為
：5.65萬元左右。
伺服精密無感矢量節能分析
電機功率為：11kw 電機總電流為：28A 380V 電費按照平均值計算取0.85元/ 度節電率取40%計算
改造后 （電流）A | 改造后 ( 功率)kw | 改造后運行 （小時）天/度 | 改造后運行 （每月）月/度 | 改造后運行 （每年）月/度 | 改造后運行 （年總合）元 |
10.08A | 5.04KW | 24 | 30 | 11 |
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10.08 | 5.04kw | =120.96 | 3628.8 | 39916.8 | 33929.2元 |
原有的改造前每年消耗的人民幣是5.655萬元 – 節能的改造后每年消耗的人民幣是3.393元=2.26元節約的人民為2.26萬左右，客戶投資設備費用在一年左右收回成本。
設備整套系統包調試為1.1萬，本系統不報跨現場設備配線及輔料等。
保留注塑機原有控制方式油路不變，采用*的微電腦控制技術，使定量泵變伺服精密節能泵，注塑機液壓系統與整機運行所需要的功率匹配，無高壓節流溢流能量之損失，提高油泵電機功率因素至0.96以上，節電率一般達30%~60%，所有投資費用在6~18個月便可收回。
3．軟啟動節能
由于電機為直接啟動或Y/Δ啟動，啟動電流等于（3-7）倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的損壞，而且會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對設備的使用壽命極為不利。而使用伺服精密無感矢量節能改造后，用伺服無感矢量控制啟動功能將使啟動電流從零開始，大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電的要求延長了設備和模具的使用壽命。
4．動態功率因數補償節能
無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是因為功率因數的降低。由公式S2=P2+Q2
Q=S*SINΦ，P=S*COSΦ，其中：S-視在功率，Q-無功功率，P-有功功率，COSΦ-功率因數。可知當COSΦ越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑機COSΦ值在0。6-0。8之間，而使用伺服無感矢量調扭矩節能控制裝置后，由于伺服無感矢量控制內部有濾波電容使得COSΦ≈1，從而減小了無功損耗，增大了電網的有功功率。
5．*的過載能力和動態響應速度
伺服精密無感矢量控制采用*的控制算法和*的限流技術，確保在注塑過程中，能承受起啟停重負載的沖擊而不跳閘，以確保生產過程的連續性。高速的動態響應，大限度減小制品成形周期的延遲現象。
完善的EMC設計:伺服無感矢量控制采用完善的EMC設計方案，內部布局優化設計，采用多種EMI對策，確保對注塑機電氣系統的干擾減小到小，保證其工作的穩定性。
五.結束語
隨著塑料制品的廣泛應用及其產量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、電子電氣、石化、汽車、機械、包裝等行業的重要技術裝備，伺服精密無感矢量控制應用在注塑機節能改造上，是行之有效的節能方法，值得向塑料制品行業大力推廣。
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