立式注塑機的節能原理介紹下關于注塑機的變頻節能調速問題
　　螺桿式塑料注射成型機從上世紀50 年代推出，至今已有50多年的歷史。目前，在工程塑料加工業
中，80%采用注射成型。其工藝過程是塑料顆粒（ABS，聚乙烯，改型聚乙烯等）在注塑機料筒內通過
多段加熱器加熱融蝕后，經螺桿攪拌增壓后注射入模具腔內，保壓冷卻成型，完成一個工件的加工過程
。對于塑料加工，注塑機完整的工藝流程為，合模—鎖模—注射—保壓—冷卻—脫模—開模。其中保壓
和冷卻，脫模和開模是同時進行的，即保壓過程中，模具在通水冷卻；在開模的過程中，模具內的脫模
頂針由隱蔽處逐漸伸出，使附注在模具上的工件脫落, 開模到位后一個加工過程結束。不論大、中、小
型注塑機，其工藝流程都是相同的。目前絕大多數的注塑機都是液壓傳動的注塑機，以上的工藝動作過
程所需要的動力，均由液壓系統中的油泵提供，油泵又有變量泵和定量泵之分。在注塑機工作時,一個工
作周期中各個工序的負荷變化很大，液壓系統所要求的流量和壓力是不同的，生產油泵時已經考慮了這
種變化，當液壓系統需要的流量和壓力變化時，油泵的供油量自動地增大或減小，這種油泵就是變量泵，
不需要再用變頻器進行調速控制。廣泛使用的另一種油泵是定量泵，它的供油量是恒定的，注塑機工作
過程中流量和壓力的變化是靠流量比例閥和壓力閥來調節的，多余的油量經溢流閥流回油箱。這樣，加
劇了閥門和油泵的磨損，造成油溫升高，電機噪聲過大。另外，從注塑機的設計看，通常在設計時油泵
都要留有余量，一般考慮10%~15%，但油泵的系列是有限的，往往選不到合適的油泵型號時就往上靠，存
在嚴重的“大馬拉小車“現象，造成電能的大量浪費。因此，對定量泵的注塑機進行變頻調速改造，節
約電能，提高經濟效率具有重要的意義。
2 注塑機節能分析
合模和脫模、開模系統所需油壓較低，且時間較短；而注射，保壓，冷卻系統所需油壓
較高，且時間較長，一般為一個工作周期的40%~60%，時間的長短與加工工件有關；間歇期更短，這也與
加工工件的情況有關，有時可以不要間隙期。圖1 只是一種簡單的近似表示，實際上，如果注射的螺桿用
油馬達驅動，注射時的系統油壓會高一些。注塑機加工工件的重量，從數十g 到數萬g 不等，大注塑機
已到92 000 g。因此，注塑機就有中型、小型和大型之分，加工數十g 的小工件和加工數kg 的大工件所
需的一個周期的時間也是不相同的；就是對同一臺注塑機，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的
壓力和時間也是變化的。這些工藝參數的設定，是由現場技術員根據經驗數據和試驗的情況制定的。
一個周期的工作流程中，負載的變化導致系統壓力變化比較大，但油泵仍在50 Hz運行，
其供油量是恒定不變的，多余的液壓油經溢流閥流回油箱，做無用功，白白地浪費了電能。對油泵進行變
頻調速，將定量泵改變為類似變量泵的特性。系統所需壓力較高時，油泵電機50 Hz 運行，所需壓力較小
時，變頻器降頻運行。電機輸出的軸功率與油泵的出口壓力和流量的乘積成正比，油泵電機轉速降低后，
輸出軸功率降低，就可以達到有效節能，一般節電率在20%~50%。
3 注塑機變頻節能調速改造方案
使用液壓系統的注塑機，有立式和臥式之分。
數十g 的立式注塑機，油泵采用一個齒輪泵，電機的容量較小，電氣控制電路也較簡單。改造時，將
變頻器接入電機的供電回路，再將流量比例閥的信號(0~1 A)，變換為4~20 mA 或0~10 V 信號送到變頻器
的相應端口上，這樣，隨著加工過程的變化，液壓油的流量也在變化。一般來說，取相對值變化較大的流
量信號作控制信號較好，控制信號變化對變頻器頻率調節的范圍大一些；而壓力信號相對值變化較小，對
變頻器頻率調節的范圍小一些。如果變頻器頻率調節的范圍不能滿足工藝要求，可用變頻器的“頻率增益”
功能來調整。如果使用希望森蘭BT40S 變頻器的功能碼F27，頻率增益的調節范圍為50%~200%。注塑機專用
變頻器就是在通用變頻器的基礎增加了0~1A 信號轉換環節，使用起來更方便些。
　　60 g 以上的都是臥式注塑機，60 g~500 g的注塑機，有的是一個油泵，也有的是兩個油泵。其中帶有
一個油泵的臥式注塑機的改造和立式注塑機的改造是相同的。仍然是從流量比例閥取出0~1 A的信號作為變
頻器的速度調節信號，雖然速度調節信號是由液壓回路元件反饋到變頻器，但調節回路中沒有給定信號，因
此控制還是屬于開環控制方式。也是因為節能的原因，大中型注塑機的油泵可能不止一個，如三菱850-MM、
1300-MM、1800-MM、2000-MM 注塑機均有3 個油泵。
　　對應注塑工藝流程，在合模階段，所需的系統壓力較低，這時只有1# 油泵工作，到鎖模階段所需的系
統壓力較高時，2#油泵再投入工作，在注射階段所需的壓力高，3臺油泵同時投入工作，脫模開模所需的
壓力較低，再分別停止3#，2#油泵工作。只要開機，1#油泵就一直運行。用3臺小油泵按不同的工藝階段間
斷工作，比用1 臺大泵一直在運行要節能。具有兩個以上油泵的注塑機如何改造？
　　這里以三菱1800-MM 注塑機的改造為例加以說明。三菱1800-MM 注塑機有3 個45 kW 油泵電機，用1 臺
變頻器驅動1# 油泵電機，變頻器的調節信號取自注塑機流量比例閥，這樣，此變頻器的頻率就隨注塑機液
壓油的流量的改變而變化。另外兩個油泵電機，可以分別用兩臺變頻器驅動。不過這兩臺變頻器對電機不進
行調速，只作兩位式的控制，即起動和停止。控制變頻器的起動和停止信號，取自于原來該油泵電機的起動
和停止信號。
　　變頻器的上限頻率設定在50 Hz 以下，具體設定值與加工的工件尺寸，材料，料筒的溫度等因素有關。
如果變頻器運行頻率低于50 Hz，就可以節能。實際上，注塑機在設計時都留有余量，所以加工工件尺寸，
材料的變化所需的油壓也要隨之變化。如果注射的壓力過大而鎖模力不足，會使工件出現飛邊；若注射力
不足，模具腔內塑料會注不滿，工件報廢；保壓力不足時，工件中塑料比較厚的地方會出現收縮。本例兩
臺變頻器的運行頻率為37 Hz，注塑機的節能率達23%。
4 注意事項
　　4.1 變頻器的選型
　　注塑機的油泵普遍使用的是葉片泵和柱塞泵，機械特性為恒轉矩，所以選用具有恒轉矩特性的變頻器
，V/f控制或矢量控制變頻器均可，也可選用注塑機專用型。考慮到注塑工藝各階段的時間有一定要求，變
頻器的加速和減速時間要短，一般為1 s，這樣變頻器的容量就要適當加大。根據經驗，矢量控制變頻器選
大一檔，V/f 控制的變頻器會選得更大一些。為防止過載燒電機，調試變頻器時，注意設定好電子熱繼電器
功能。
　　4.2 備用系統
　　注塑機進行變頻節能改造時，保留原有的工頻起動回路作備用，這樣一旦變頻器有故障，還能用工頻起
動油泵電機繼續運行。
　　4.3 變頻器對注塑機數字儀表的干擾
　　現在在注塑機上廣泛使用的是交-直-交變頻器，其輸出電流中含有諧波成分，可能會對注塑機產生干擾
，易受干擾的是溫度控制儀表，因此，在安裝變頻器時需要注意：
　　1）變頻器需加裝輸入和輸出電抗器；
　　2）為了避免相互造成干擾，引入變頻的控制線要作屏蔽處理，好采用4~20 mA電流信號；
　　3）變頻器機殼要可靠接地；
　　4）變頻器安裝在注塑機內部時，特別要關注通風散熱問題。
　　4.4 電機轉速降低后的溫升
　　電機用變頻器驅動后，溫升會增加10%，電機速度又降低后，自帶的風機轉速變慢，散熱效率減低，溫升
還會增加；但是，考慮到油泵是間歇工作的，溫升也不會增加多少。在我們做過的注塑機改造中，有的在電
機上加了恒速風機，有的沒加，所以加不加恒速風機，要根據電機工作時的溫度來決定。
5 結語
　　對注塑機進行變頻調速，主要的目的在于節能。從小型，中型到大型注塑機都可以加裝變頻器進行節能
改造。改造之初，涉及到節能效率的估算。注塑機節能主要與注塑工藝過程相關，要做出一個準確的計算比
較困難，一般來說，經過改造，一個油泵電機的注塑機節能在30%~50%之間，多個油泵電機的注塑機節能在
15%~30%之間。另外，油泵速度的降低減少了機械的磨損，間接的經濟效益也不可小視。

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