一、注塑機變頻調速系統(tǒng)的方案
注塑機的工作循環(huán)如下: 1) 鎖合模:模板快速接近定模板，且確認無異物存在時，系統(tǒng)轉為高壓，將模板鎖合。 2) 注射臺前移:噴嘴與模具緊貼。 3) 注射:注射螺桿以一定的壓力和速度將料筒前端的熔料注入模腔。 4) 保壓、冷卻:通過此動作，使模腔內的塑料制品冷卻成形。 5) 預塑:傳統(tǒng)上應用液壓馬達驅動螺桿并后退，料斗中加入的塑料粒子被前推，并進行預塑。螺桿后退到預定位置，停止轉動，準備下一次注射。 6) 注射臺后退，開模 。7) 頂出制品 以上這些動作在傳統(tǒng)的注塑機上都是以液壓系統(tǒng)來完成的。由油泵和不同閥門的配合產(chǎn)生不同的壓力方向和流量，提供油缸和液壓馬達所要求的推動力和移動速度。
眾所周知，油泵的輸出功率 Pt=p×Qt=p×V×n
(1) 而油泵的理論轉矩: Tt=1/2π×p×V (2) 式中p為壓力，Qt為流量，V為油泵排量(油泵每轉排出的油量)，n為油泵轉速 將
(2)式代入(1)式得: Pt=2π×Tt×n
(3) 如果忽略機械能到液壓能轉換過程中的能量損失，則可近似認為油泵的輸出功率等于電機的輸出轉矩與電機轉速的乘積。因此可以看出，當系統(tǒng)要求低流量時，系統(tǒng)需要的功率其實是非常低的。但是實際情況卻是，由于電動機始終運行在工頻50Hz狀態(tài)上，并不能根據(jù)實際的需求來降低其轉速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費。
二、油泵變頻調速此種方案采用富士矢量變頻器。將控制比例流量閥的電流信號同時輸入給變頻器的模擬量輸入端，通過控制油泵電機的轉速，油泵的實際流量正比于電機的轉速，油泵的輸出功率因此也正比于電機的轉速(見公式3)，起到了節(jié)能的目的。根據(jù)塑料制品和工藝要求的不同，其整體節(jié)能效果從35%至70%的范圍內不等。同時與始終運行在工頻轉速上的電機和油泵相比較，伴隨著電機轉速的降低，系統(tǒng)平均音量降低3-5分貝。減少3分貝的噪音可使實際噪音降低50%，因此工廠的環(huán)境和員工的勞動條件得到改善
電動預塑機構(電液混合式注塑機)作為電液混合式注塑機，是采用電動機構來替代一部分液壓系統(tǒng)，這樣既保留了液壓系統(tǒng)的動力強、響應快等優(yōu)點，同時又增加了電動系統(tǒng)的高效率、節(jié)省能源的優(yōu)勢，使機器本身的性能有了很大的提高。圖2示出電動預塑機構，是電液混合式注塑機中最常見的一種方式。它使用了變頻器和電機矢量控制，以取代傳統(tǒng)的液壓馬達。其帶來的優(yōu)點:除了節(jié)約(25%以上)和降低噪音以外(3分貝)，還大大縮減了原有的液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的功率可因此平均降低了30%。相關的液壓設備安裝及維護費用大幅降低。由于使用F4-F矢量控制變頻器，對于預塑螺桿的速度控制較之液壓馬達更為精確，故能保證每模注塑量的一致性，使產(chǎn)品的質量得到提高。并且電動預塑機構是一個獨立系統(tǒng)，因此預塑動作可在開合模時同時完成，對于一些冷卻時間較短的制品，其每模的生產(chǎn)周期可以大幅縮短，從而提高了制品的產(chǎn)量。
三、油泵變頻調速方案的探討 由于現(xiàn)今在中國對注塑機節(jié)能改造的方案主要集中于油泵變頻調速，而針對油泵電機采用的變頻器，也有幾種不同類型的應用。例如:采用編碼器速度反饋的閉環(huán)矢量控制變頻器 ，以及采用無速度傳感器矢量控制變頻器?，F(xiàn)對以上不同類型的變頻器在油泵調速性能方面作一比較，并加以探討。
(1) 使用閉環(huán)矢量控制變頻器 KEB F4-F變頻器采用了轉子磁場定向的控制方式，即對異步電機進行坐標變換，等效成直流電機的控制方式。在三相坐標系下的定子交流電流iA、iB、iC通過三相/兩相變換，可以等效成兩相靜止坐標系下的交流電流iα，iβ，再通過按轉子磁場定向的旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流it、im。im相當于直流電機的勵磁電流，it相當于直流電機中同轉矩成正比的電樞電流。由于無論電機處在什么狀態(tài)，運行或靜止，維持其勵磁電流im恒定，而轉矩的大小只要獨立調節(jié)電樞電流it，故可以使異步電機始終處于高動態(tài)的狀態(tài)，其從0rpm加速至1000rpm的時間，在無負載情況下只需不到30ms，改善了變壓變頻調速系統(tǒng)動態(tài)性能，對于注塑機整個運行循環(huán)的跟隨性就可大大提高，以滿足注塑工藝的要求，圖4為n(t)曲線。 通過KEB F4-F變頻器對電機的自學習，精確測量了定子的電阻和電感，從而使勵磁電流im恒定，即恒定磁通Фm。再由于電機轉差頻率: ωs=K×it/Фm
(2) 使用無傳感器矢量控制變頻器 富士變頻器采用矢量控制原理為基礎，同樣通過計算轉差頻率ωs，控制定子旋轉磁場。但與閉環(huán)矢量控制的區(qū)別在于，其定子電流相位是由內部計算得出，而并非靠對定子頻率ω1測量積分得到的實際相位信號。因此，此種方式相比通用變頻器，可使電機在低速運行時有更大的轉矩(2.5倍以上的額定轉矩)，有較好的加減速性能，轉矩突變時響應也很快。 由于此種方式可省去編碼器的安裝，對于注塑機節(jié)能改造來說，整個系統(tǒng)的改變相對比較簡單，同時又可獲得較高的動態(tài)性能。
(3) 即當磁通Фm恒定時，矢量控制系統(tǒng)的轉差頻率在動態(tài)中與轉矩成正比，則定子磁場頻率ω1: ω1=ω+ωs
(4) (ω為轉子頻率，由編碼器測得)可以受控。這就意味著，當負載產(chǎn)生波動，變頻器控制部分可迅速計算出實際轉差頻率ωs，從而給出定子精確的旋轉頻率，使電機轉速保持不變，提高了電機面對負載變化的運行穩(wěn)定性。
結束語： 綜上所述相比之下，閉環(huán)矢量控制變頻器因其高動態(tài)性、穩(wěn)定性好等特性，更合適于此應用。而無傳感器矢量控制變頻器，因其安裝方便、變更較少，則適于塑料制品廠的注塑機節(jié)能改造。
