變頻注塑機方案（速度+壓力閉環）

圖五 油路系統原理圖

A₁：油缸無桿腔活塞面積 F：工作負載 P₁：工作壓力 Q₁：工作流量

△P：比例調速閥兩端的壓力差 P_b：油泵壓力 Q_b：油泵流量 n：電動機轉速

l 流量控制狀態

系統處于流量控制狀態時，油泵壓力P_b大于工作壓力P₁且小于塑機設定壓力，比例溢流閥將可靠關閉。當負載變化時，P_b與P₁之間的壓力差△P會有相應波動，并使工作流量Q₁發生變化。以上變化通過流量、壓力反饋閥傳遞給變量泵的調整活塞。活塞隨之推動柱塞泵斜盤并改變油泵排量，最終穩定泵的輸出流量Q_b。由此看出，該系統實現了壓力自適應控制，基本上沒有溢流損失，但為了控制工作流量Q₁，調速閥上仍存在一定節流損失。

l 壓力控制狀態

系統處于壓力控制狀態時，變量柱塞泵的斜盤傾角很小，僅有少量的液壓油流過比例溢流閥，保證形成一定的系統壓力。通過改變比例溢流閥的輸入信號，就可以得到相應的油泵輸出壓力。比起傳統定量泵注塑機，該控制方式在一定程度上減小了溢流損失。

通過以上三種控制方式的分析可以看出：

（1）傳統定量泵注塑機存在著相當嚴重的能源浪費情況。據以往統計數據顯示，其最高工作效率不會超過40％，對這種注塑機的節能改造勢在必行；

（2）變量泵注塑機是從液壓元件的角度出發，挖掘油路上的節能改造空間，從而提高了油路系統的工作效率。但受其控制方式限制，該系統不能完全消除節流、溢流損失。

（3）變頻注塑機從電氣控制的角度出發，從調速方式上改造傳統油路，利用現代電控系統精確、快速、可靠的特點，可從源頭上消除節流損失并減少溢流算損失。

二、系統響應及加速過程分析

如圖六，比例調速閥的流量Q是由閥兩端的壓力差△P建立起來的。顯然，壓力差△P越大，其油路加速就越快。又由圖七，比例溢流閥的壓力P是隨著溢流Q的增大而提高的。由此得出結論：在同樣設定下，溢流量越多，調速閥兩端的壓力差就越大，加速也就越快。很明顯，定量泵的溢流量總會大于變量泵，其調速閥兩端的壓力差△P也要大些。所以，同樣設定下，定量泵系統要比變量泵系統加速快，承受負載的能力更強。

對變頻注塑機來說，因為比例調速閥取消，工作負載通過液壓油直接傳遞到泵體上，其系統加速過程主要由變頻器和電機的加速性能決定。英威騰電氣有限公司生產的CHV系列矢量變頻器具有輸出轉矩大、響應快等特點。變頻器在PG矢量控制狀態下0轉速仍有180%的額定轉矩輸出，而變頻器完全建立額定轉矩的時間只需0.1秒。另外，矢量變頻技術的一個突出優點就是可使電機獲得較硬的機械特性，這使電機在負載突變時仍能保持相應的轉速。根據我公司以往的無PG矢量變頻器在注塑機節能工程上的應用表明，改造后的系統加速性能和改造前的定量泵系統不差上下。

由上得出，三種控制系統中，傳統定量泵注塑機、變頻注塑機的系統加速性能及承受負載能力要優于變量泵系統，其產品成形周期也要短些。

三、節電率分析

無論是變量泵注塑機還是變頻注塑機，都是為了改變傳統定量泵塑機能耗大、效率低的缺點而發展起來的，因此節電率是比較兩個系統優劣的至關重要的參數。若油泵的輸出流量、輸出壓力、排量、轉速分別表示為Q、P、V_b、n，則油泵的輸出功率N用公式表示為：

由前面的分析可知，變量泵塑機是通過改變油泵排量V_b節省能耗，變頻注塑機則是通過改變油泵轉速n達到節能目的。

通過變頻器的閉環矢量調速功能，變頻注塑機的油泵轉速n可實現0到額定轉速之間線性調節范圍，尤其是在塑機待機及無動作情況下（如冷卻階段），電機及油泵轉速可降至0，基本無能耗損失。值得注意的是，油泵在低轉速時的容積效率會下降，這在一定程度上會影響了節電效果。對此，我們將通過提高變頻器低頻增益的方法來改善這種情況。而且，實際生產中流量低于20％的情況是極少的，所以油泵轉速也不可能出現過低的情況。

變量泵注塑機是通過機械裝置調整油泵排量V_b的，顯然其可調節的線性范圍有限，不能實現零排量輸出。且任何情況下，電機都是全速運轉，有很多無謂的能量損失。從我公司的一些塑機節能改造實例來看，對變量泵塑機進行變頻節能改造仍會有5%～20%的節電率。由此可見，變頻注塑機的節電率要高于變量泵注塑機。

四、成本及維護保養分析

以下比較均以鎖模力120噸的臥式注塑機為基礎。

1．成本比較

2．維護保養分析