摘要：本文介紹了變頻器在注塑機上的應用情況，進行了方案分析和比較，僅供讀者參考。
注塑機是一種專用的塑料成型機械，它利用塑料的熱塑性，經加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經一段時間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品。注塑機的電能消耗主要表現在以下幾個部分：①液壓系統油泵的電能消耗 ，②加熱器的電能消耗 ③循環冷卻水泵的電能消耗（在注塑車間內，一般多臺注塑機共用一臺冷卻水泵），其中液壓油泵電機的用電量占整個注塑機用電量的80%以上，所以降低其耗電量是注塑機節能的關鍵。
1、注塑機的工作循環
1）鎖合模：模扳快速接近定模扳（包括慢-快-慢速），且確認無異物存在下，系統轉為高壓，將模板鎖合（保持油缸內壓力）。
2）射臺前移到位：射臺前進到指定位置（噴嘴與模具緊貼）。
3）注塑：可設定螺桿以多段速度，壓力和行程，將料筒前端的溶料注入模腔。
4）冷卻和保壓：按設定多種壓力和時間段，保持料筒的壓力，同時模腔冷卻成型。
5）冷卻和預塑：模腔內制品繼續冷卻，同時液力馬達驅動螺桿旋轉將塑料粒子前推，螺桿在設定的背壓控制下后退，當螺桿后退到預定位置，螺桿停止旋轉，注射油缸按設定松退，預料結束。
6）射臺后退：預塑結束后，射臺后退到指定位置。
7）開模：模扳后退到原位（包括慢-快-慢速）
8）頂出：頂針頂出制品。
2．傳統液壓驅動的注塑機的能量浪費
液壓驅動的注塑機在以上各階段所需壓力和流量都是變化的，當注塑機的油量需求發生變化時，由設在油泵出口的比例流量閥和比例壓力溢流閥來調節負載壓力和流量，提供各油缸和液力馬達所需的推力，壓力方向和移動速度。油泵的輸出功率等于電機的輸出轉矩和電機的轉速的乘積，當系統要求低流量時，油泵電機的輸出功率不變，多余的液壓油通過壓力比例閥和溢流閥流回油箱，即使空載（如冷卻）也是如此，這樣，節流功率損失非常大，效率很低，一般只有60%-70%，因而造成能量浪費，同時由于液壓油長期的全速循環流動，與液壓件，機械件的劇烈磨擦，造成油溫過高，噪音過大等系列問題，機器壽命亦縮短。
3．使用節能變頻器控制油泵電機
變頻器控制的油泵電機從根本上克服了傳統注塑機能量浪費的弊病，當系統需要的流量發生變化時，電機的轉速也跟著發生變化，從而使定量油泵排出的油流量發生變化，即“需要多少供給多少，從而節約了大量的電能。根據注塑制品的不同，節電率達20%-70%。
4．變頻器控制信號的選取
對所改造的注塑機要充分了解其控制電路，液壓電路和工作原理，巧妙取得控制信號，實現現有注塑機和變頻器的結合。注塑機液壓油需求量的信號是連接壓力和流量比例閥的電流信號（0-1A），經積分處理后并轉換成4-20mA的標準信號直接連接到變頻的輸入端，從而控制變頻器改變輸出頻率，隨即改變了油泵電機的轉速，達到調壓節電的雙重作用。針對注塑機液壓系統特有的大負荷超載，頻響要求高和低速轉矩大，電機加減速時間長的特點，在控制過程中應用了PLC控制器，引入各電液換向閥的信號，由PLC根據這些信號鑒別注塑機的工藝流程，提前對變頻器給出加速和減速指令。
5. 注塑機變頻器的選型
1）普通的VVVF調速方式，當頻率與電壓的比率保持恒定，電機的磁通不變，由于沒有速度反饋，不能準確控制電機的轉速（一般誤差在15%），三相異步電機的轉子實際轉速同定子旋轉磁場間存在轉差，當外部負載發生變化時，轉差率也隨之發生變化，但變頻器并不能對此補償，導致油泵轉速發生變化，造成了流量誤差，次品率高。注塑機在采用壓力閉環控制的系統中，會出現壓力瞬間失調的情況，無法控制制品的品質。
2）無傳感器矢量控制變頻器，采用轉子磁場方向的控制方式，即對異步電機進行坐標變換等效成直流電機的控制方式，相當于直流電機中同轉矩成正比的電樞電流，無論電機的狀態，維持其勵磁電流的恒定，而轉矩的大小只要獨立調節電樞電流，故可以使異步電機始終處于高動態的狀態，從0rpm加速到1000rpm 只需30ms，改善了變頻器調速系統的動態性能，對于注塑整個運行循環的跟附性大大提高，轉差在3%-5%內，提高了電機面對負載變化的運轉穩定性，電機在低速運轉時有2倍以上的額定轉矩，有較好的加減速性能，轉矩變化時響應也快。
綜上所敘，選擇開環通用變頻器，由于其響應慢，并不適用于注塑機油泵的調速，相比之下無感矢量控制的變頻器，因其高動態性，穩定性好等特性更適合注塑機的使用。
6．變頻器的散熱方式
注塑機專用變頻器都采用水冷散熱方式，散熱效率高，安全保護等級可達IP54。由于變頻器采用水冷形式，變頻器主體實際是封閉于電控箱內，減少了由于粉塵，油污侵入電子設備而導致損壞的可能性，確保了變頻器的使用安全，同時采用水冷散熱方式可使變頻器的功率單元IGBT始終工作在某一溫度范圍內，有效延長了其使用壽命，采用水冷散熱方式可使變頻器平均壽命延長達10年以上。
7．使用變頻器后的其它功能
最顯著的特點就是可以改進機器的工藝特性， 提高其效率。有些產品要求很高的射膠速度，普通的注塑機，可能要更換運螺桿、料筒、電機、油泵才能達到要求的速度，但使用變頻器以后，在電機油泵允許的范圍內，將電機轉速提高10%（電機頻率達到55HZ），即可做到不用更換任何部件就能達到要求的速度，從而提高了生產效率。
8．使用中注意的問題
經測量采用變頻運行后，電機的表面溫度有所提高，例如工頻運行電機溫度為35度，變頻運行時電機為40度，且不繼續升高（在電機安全范圍內），這是由于電機在整個周期內，進行不同的轉速運行，電機的散熱風扇風力減小緣故，使用中建議保持散熱風扇和電機的清潔。
9. 變頻器在海天1500機上的實際應用
使用機型：WHPS注塑機專用節能變頻器
生產廠家：北京萬禾創新科技有限公司
使用廠家：山東青島某國營大型企業
主要特點：
1）一體化結構，自帶工頻/節電運行轉換開關，確保在系統故障時，人工切換，不影響生產。
2）控制油泵電機：45KW+45KW+45KW
3）變頻器功率：45KW （其中IGBT最大電流300A）
4) 數量：30 臺
5）變頻器控制方式：無速度傳感器矢量控制變頻器
6）瞬間沖擊電流可達300%，確保在注射等重負載下不跳閘。
7）散熱方式：水冷卻（電控箱全封閉設計，防塵，防油污）
防護等級：IP54
8）信號輸入方式：0-1A（壓力比例）， 0-2A（流量比例）兩路輸入，積分運算輸出。
9）自帶有功功率表
10）變頻控制單件注塑工件時間比工頻運轉慢0.2秒
11）節電率（不同工藝）：20%-40%
客戶反映：節電明顯，原工藝基本不受影響，油溫降低，油缸動作平穩，次品率低。
