HL3000注塑機專用變頻器
1、引言
塑料機械是塑料工業(yè)發(fā)展的重要支柱，它為塑料行業(yè)提供了先進的技術裝備，它的發(fā)展是塑料工業(yè)發(fā)展的基礎，也受塑料工業(yè)發(fā)展的影響。從世界范圍看，塑料機械的三大類品種依次是注塑機、擠出機：擠出生產(chǎn)線和吹塑機，它們占了塑料機械總產(chǎn)值的80%以上，其中注塑機占這三類機械總和的一半以上。筆者從切身經(jīng)歷就注塑機的變頻運行，從其特點及現(xiàn)場應用作一個簡介。
2、注塑機系統(tǒng)工作簡介
要作好注塑機變頻器得首先從注塑說起。注塑過程一般分為以下步驟：鎖?！⑸浔骸勰z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(shù)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(fā)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(fā)出執(zhí)行下一動作的指令。此外注塑機系統(tǒng)本身還存在一些弱點：第一、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?！俚蛪鹤o?！邏焊咚冁i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，對機器的沖擊都十分的大，影響了整個注塑系統(tǒng)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(shù)注塑機都沒有死循環(huán)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，動作的重復精度和穩(wěn)定性都是極差的，某一動作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復精度。第三、執(zhí)行動作的油缸本身有油封破損，有內泄現(xiàn)象，執(zhí)行動作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)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(tài)下的液壓油部分經(jīng)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(chǎn)生熱量，造成液壓油發(fā)熱，既耗能，又有害。采用注塑機的變頻運行，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減少了巨大的機械沖擊，延長了系統(tǒng)使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。
3、注塑機的變頻運行：
3.1、 變頻運行節(jié)能的基本原理
傳統(tǒng)的注塑機是采用定量泵供油的，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(jié)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，故供油量也是固定的，而由于執(zhí)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(jù)實測至少有50%左右。變頻節(jié)能正是針對這一浪費空間，根據(jù)注塑機發(fā)出的各個動作信號，適時適量調整各個動作所需的馬達轉速(即流量調節(jié))，讓泵出的油量剛好能滿足動作的需要，而在非動作狀態(tài)時讓馬達停止下來，這樣節(jié)能空間就進一步地增大了，故對注塑機進行節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。
塑料機械是塑料工業(yè)發(fā)展的重要支柱，它為塑料行業(yè)提供了先進的技術裝備，它的發(fā)展是塑料工業(yè)發(fā)展的基礎，也受塑料工業(yè)發(fā)展的影響。從世界范圍看，塑料機械的三大類品種依次是注塑機、擠出機：擠出生產(chǎn)線和吹塑機，它們占了塑料機械總產(chǎn)值的80%以上，其中注塑機占這三類機械總和的一半以上。筆者從切身經(jīng)歷就注塑機的變頻運行，從其特點及現(xiàn)場應用作一個簡介。
2、注塑機系統(tǒng)工作簡介
要作好注塑機變頻器得首先從注塑說起。注塑過程一般分為以下步驟：鎖?！⑸浔骸勰z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(shù)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(fā)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(fā)出執(zhí)行下一動作的指令。此外注塑機系統(tǒng)本身還存在一些弱點：第一、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?！俚蛪鹤o?！邏焊咚冁i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，對機器的沖擊都十分的大，影響了整個注塑系統(tǒng)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(shù)注塑機都沒有死循環(huán)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，動作的重復精度和穩(wěn)定性都是極差的，某一動作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復精度。第三、執(zhí)行動作的油缸本身有油封破損，有內泄現(xiàn)象，執(zhí)行動作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)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(tài)下的液壓油部分經(jīng)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(chǎn)生熱量，造成液壓油發(fā)熱，既耗能，又有害。采用注塑機的變頻運行，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減少了巨大的機械沖擊，延長了系統(tǒng)使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。
3、注塑機的變頻運行：
3.1、 變頻運行節(jié)能的基本原理
傳統(tǒng)的注塑機是采用定量泵供油的，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(jié)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，故供油量也是固定的，而由于執(zhí)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(jù)實測至少有50%左右。變頻節(jié)能正是針對這一浪費空間，根據(jù)注塑機發(fā)出的各個動作信號，適時適量調整各個動作所需的馬達轉速(即流量調節(jié))，讓泵出的油量剛好能滿足動作的需要，而在非動作狀態(tài)時讓馬達停止下來，這樣節(jié)能空間就進一步地增大了，故對注塑機進行節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。
3.2、HL3000系列注塑機專用變頻器的現(xiàn)場運行
3.2.3、 變頻器的安裝：
HL3000系列注塑機專用變頻器采用柜式結構。所以安裝十分簡單，除了通常的三根線輸入、三根線輸出以外，變頻器的接地也十分重要，必須安全可靠。注塑機的流量信號、壓力信號需接至變頻器內部的（0～1A）專用信號接口。
3.2.4、變頻器的調試：
(1) 加減速時間的設置：變頻器為了滿足節(jié)能的目的，控制馬達隨反饋量的變化適時調整電動機的轉速。因其加減速必須有一定的時間，若加速時間設定過長，會影響動作的響應速度，導致某些動作緩慢甚至無法完成；加速時間過短，會導致系統(tǒng)加速時過電流等，變頻器就可能會頻繁地進行過載保護，故此時間的設置應適當才能保證變頻器的正常使用，又不至于影響生產(chǎn)。減速時間的設定也是如此，過長會影響動作響應及節(jié)能效果；過短會出現(xiàn)直流母線過電壓、過電流，變頻器同樣會進行保護。華藍變頻器的加減速時間設定范圍寬，從0.1～999.9秒之間可任意設置，調試人員可根據(jù)具體的工況設置，如有特殊工況可采用能耗制動。
(2) 過載保護是變頻器的一項基本功能，過載能力的高低直接影響到注塑生產(chǎn)的連續(xù)性。一般來講，過載保護是衡量變頻器可靠性的重要指標，過載能力的強弱與允許過載的時間和允許過載的百分比有關，呈反時限特征。一般的通用變頻器的過載保護設置為150% 1分鐘。而華藍注塑機專用變頻器的過載能力強，其過流保護拓寬到額定電流的180% 1分鐘；短路保護電流也設計為額定電流的300%。
(3) 過壓失速的功能選擇和過壓保護也是變頻器的一個保護功能，若選擇設定不當會影響正常生產(chǎn)。這主要是因為變頻器在減速運行過程中由于負載慣性的作用，會出現(xiàn)電機的實際轉速高于變頻器輸出同步速度的情況，此時電機向變頻器回饋電能，造成變頻器直流母線電壓升高，華藍變頻器由于其內部采用自激式開關電源，工作電壓范圍寬，為額定電壓的±20%，當然由于電機處于發(fā)電狀態(tài)所回饋的能量也只有超過額定工作直流電壓的20%以后才會過壓保護。
以上這些功能參數(shù)的選擇和設定直接影響到變頻器本身的性能及與注塑工況的匹配性，若選擇或設定不當，變頻器就可能處于頻繁的保護，注塑機的正常生產(chǎn)就會受到影響。除此之外，HL3000 系列變頻器還有一些特點：（1）采用西門子第三代大功率模塊IGBT作為主要控制器件。16位電機專用微電腦處理器，采用最新的空間電壓矢量調制方式（SVPWM）以實現(xiàn)對電機的精確控制，噪音小，低速高轉矩輸出。（2）采用先進的載波頻率隨機自動調節(jié)方式，（即：在啟動時，變頻器采用低載波頻率高轉矩輸出，在運行過程中則采用高載波頻率靜音化運行，當工作溫度變高時則降低載波頻率以減少開關器件的損耗）從而實現(xiàn)電動機最優(yōu)運行。（3）外控端口，可實現(xiàn)軟件編程，功能齊全，提高了廣泛的適用性。（4）保護功能齊全，其中短路保護采用Vce電壓檢測短路保護+電流超值短路保護，雙重保護更加可靠。（5）具有先進的注塑機專用輸入接口（0～1A）（即：流量信號、壓力信號），可實現(xiàn)全程自動跟蹤控制，操作極為方便。（6）工變頻轉換靈活，為了確保生產(chǎn)的長期正常運行，原有的工頻運行不變，在HL3000系列注塑機專用變頻器的控制柜上可以方便的相互切換。這些特點都對注塑機有很大的好處。
4、市場前景分析：
隨著塑料制品的廣泛應用及其產(chǎn)量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機械等行業(yè)的重要技術裝備，需求量激增，塑機行業(yè)已成為21世紀我國經(jīng)濟發(fā)展中的朝陽產(chǎn)業(yè)隨著我國塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料機械工業(yè)近幾年來的增長率都在30％左右，是增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。2001年我國塑機行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值81億元，利潤5.9億元，利潤率增長遠高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長。2001年塑機工業(yè)總產(chǎn)值為1995年的2.3倍，而利潤率則為1995年的4.5倍。在全國機械工業(yè)的194個行業(yè)中，塑機行業(yè)的主要經(jīng)濟指標均居前列。
塑料加工工業(yè)良好的發(fā)展前景仍將是我國塑料機械制造工業(yè)高速發(fā)展的源動力，預計2001-2010年，我國對塑料機械需求量的年均增長率為6%左右，預計至2010年為145億元。也就是說，我國塑機行業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽螅髣藕茏恪Ｔ谖覈芰瞎I(yè)長遠規(guī)劃中，2000-2005年塑料制品的年均增長率約為10%，2006-2015年的年均增長率將達到8%。即到2005年塑料制品的產(chǎn)量將達到2500萬噸，預計2015年塑料制品總產(chǎn)量翻一番，達到5000萬噸。
HL3000系列注塑機專用變頻器采用柜式結構。所以安裝十分簡單，除了通常的三根線輸入、三根線輸出以外，變頻器的接地也十分重要，必須安全可靠。注塑機的流量信號、壓力信號需接至變頻器內部的（0～1A）專用信號接口。
3.2.4、變頻器的調試：
(1) 加減速時間的設置：變頻器為了滿足節(jié)能的目的，控制馬達隨反饋量的變化適時調整電動機的轉速。因其加減速必須有一定的時間，若加速時間設定過長，會影響動作的響應速度，導致某些動作緩慢甚至無法完成；加速時間過短，會導致系統(tǒng)加速時過電流等，變頻器就可能會頻繁地進行過載保護，故此時間的設置應適當才能保證變頻器的正常使用，又不至于影響生產(chǎn)。減速時間的設定也是如此，過長會影響動作響應及節(jié)能效果；過短會出現(xiàn)直流母線過電壓、過電流，變頻器同樣會進行保護。華藍變頻器的加減速時間設定范圍寬，從0.1～999.9秒之間可任意設置，調試人員可根據(jù)具體的工況設置，如有特殊工況可采用能耗制動。
(2) 過載保護是變頻器的一項基本功能，過載能力的高低直接影響到注塑生產(chǎn)的連續(xù)性。一般來講，過載保護是衡量變頻器可靠性的重要指標，過載能力的強弱與允許過載的時間和允許過載的百分比有關，呈反時限特征。一般的通用變頻器的過載保護設置為150% 1分鐘。而華藍注塑機專用變頻器的過載能力強，其過流保護拓寬到額定電流的180% 1分鐘；短路保護電流也設計為額定電流的300%。
(3) 過壓失速的功能選擇和過壓保護也是變頻器的一個保護功能，若選擇設定不當會影響正常生產(chǎn)。這主要是因為變頻器在減速運行過程中由于負載慣性的作用，會出現(xiàn)電機的實際轉速高于變頻器輸出同步速度的情況，此時電機向變頻器回饋電能，造成變頻器直流母線電壓升高，華藍變頻器由于其內部采用自激式開關電源，工作電壓范圍寬，為額定電壓的±20%，當然由于電機處于發(fā)電狀態(tài)所回饋的能量也只有超過額定工作直流電壓的20%以后才會過壓保護。
以上這些功能參數(shù)的選擇和設定直接影響到變頻器本身的性能及與注塑工況的匹配性，若選擇或設定不當，變頻器就可能處于頻繁的保護，注塑機的正常生產(chǎn)就會受到影響。除此之外，HL3000 系列變頻器還有一些特點：（1）采用西門子第三代大功率模塊IGBT作為主要控制器件。16位電機專用微電腦處理器，采用最新的空間電壓矢量調制方式（SVPWM）以實現(xiàn)對電機的精確控制，噪音小，低速高轉矩輸出。（2）采用先進的載波頻率隨機自動調節(jié)方式，（即：在啟動時，變頻器采用低載波頻率高轉矩輸出，在運行過程中則采用高載波頻率靜音化運行，當工作溫度變高時則降低載波頻率以減少開關器件的損耗）從而實現(xiàn)電動機最優(yōu)運行。（3）外控端口，可實現(xiàn)軟件編程，功能齊全，提高了廣泛的適用性。（4）保護功能齊全，其中短路保護采用Vce電壓檢測短路保護+電流超值短路保護，雙重保護更加可靠。（5）具有先進的注塑機專用輸入接口（0～1A）（即：流量信號、壓力信號），可實現(xiàn)全程自動跟蹤控制，操作極為方便。（6）工變頻轉換靈活，為了確保生產(chǎn)的長期正常運行，原有的工頻運行不變，在HL3000系列注塑機專用變頻器的控制柜上可以方便的相互切換。這些特點都對注塑機有很大的好處。
4、市場前景分析：
隨著塑料制品的廣泛應用及其產(chǎn)量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機械等行業(yè)的重要技術裝備，需求量激增，塑機行業(yè)已成為21世紀我國經(jīng)濟發(fā)展中的朝陽產(chǎn)業(yè)隨著我國塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料機械工業(yè)近幾年來的增長率都在30％左右，是增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。2001年我國塑機行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值81億元，利潤5.9億元，利潤率增長遠高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長。2001年塑機工業(yè)總產(chǎn)值為1995年的2.3倍，而利潤率則為1995年的4.5倍。在全國機械工業(yè)的194個行業(yè)中，塑機行業(yè)的主要經(jīng)濟指標均居前列。
塑料加工工業(yè)良好的發(fā)展前景仍將是我國塑料機械制造工業(yè)高速發(fā)展的源動力，預計2001-2010年，我國對塑料機械需求量的年均增長率為6%左右，預計至2010年為145億元。也就是說，我國塑機行業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽螅髣藕茏恪Ｔ谖覈芰瞎I(yè)長遠規(guī)劃中，2000-2005年塑料制品的年均增長率約為10%，2006-2015年的年均增長率將達到8%。即到2005年塑料制品的產(chǎn)量將達到2500萬噸，預計2015年塑料制品總產(chǎn)量翻一番，達到5000萬噸。
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