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技術(shù)頻道

HL3000注塑機(jī)專用變頻器

1、引言
塑料機(jī)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(jìn)的技術(shù)裝備,它的發(fā)展是塑料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),也受塑料工業(yè)發(fā)展的影響。從世界范圍看,塑料機(jī)械的三大類品種依次是注塑機(jī)、擠出機(jī):擠出生產(chǎn)線和吹塑機(jī),它們占了塑料機(jī)械總產(chǎn)值的80%以上,其中注塑機(jī)占這三類機(jī)械總和的一半以上。筆者從切身經(jīng)歷就注塑機(jī)的變頻運(yùn)行,從其特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用作一個(gè)簡(jiǎn)介。
2、注塑機(jī)系統(tǒng)工作簡(jiǎn)介
要作好注塑機(jī)變頻器得首先從注塑說(shuō)起。注塑過(guò)程一般分為以下步驟:鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開(kāi)模頂針。每一動(dòng)作的完成都有時(shí)間、壓力、速度、位置等幾個(gè)參數(shù)的精妙配合,也就是說(shuō)在某一位置的位移都有相應(yīng)的壓力和速度,且在不同的位置和時(shí)間內(nèi)其壓力和速度都是可變的。同時(shí)每一動(dòng)作完成后發(fā)出終止信號(hào)傳送給程序控制器,程序控制器收到信號(hào)后才發(fā)出執(zhí)行下一動(dòng)作的指令。此外注塑機(jī)系統(tǒng)本身還存在一些弱點(diǎn):第一、注塑機(jī)動(dòng)作內(nèi)部有著十分劇烈的突變過(guò)程:如鎖模過(guò)程中,快速鎖模→慢速低壓護(hù)模→高壓高速鎖模的工況突變就很劇烈的;又如注射過(guò)程中,慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過(guò)程工況也是很劇烈的,對(duì)機(jī)器的沖擊都十分的大,影響了整個(gè)注塑系統(tǒng)的壽命。第二、動(dòng)作油路制動(dòng)達(dá)不到設(shè)計(jì)的精度,油路制動(dòng)的開(kāi)閉取決于電磁閥,而電磁閥的動(dòng)作又取決于過(guò)程控制器提供的電壓和電流,因大多數(shù)注塑機(jī)都沒(méi)有死循環(huán)控制,閥的開(kāi)閉精度就會(huì)大打折扣,尤其是閥的開(kāi)閉程度在10%以下和90%以上時(shí),動(dòng)作的重復(fù)精度和穩(wěn)定性都是極差的,某一動(dòng)作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復(fù)精度。第三、執(zhí)行動(dòng)作的油缸本身有油封破損,有內(nèi)泄現(xiàn)象,執(zhí)行動(dòng)作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)時(shí)間內(nèi),負(fù)載的實(shí)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(jī)的變頻運(yùn)行,就能很好的解決這些問(wèn)題,既提高了整個(gè)注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性,減少了巨大的機(jī)械沖擊,延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命,又能夠節(jié)約大量的電能。
3、注塑機(jī)的變頻運(yùn)行:
3.1、 變頻運(yùn)行節(jié)能的基本原理
傳統(tǒng)的注塑機(jī)是采用定量泵供油的,注塑過(guò)程的各個(gè)動(dòng)作對(duì)速度、壓力的要求也不一樣,它是通過(guò)注塑機(jī)的比例閥采用溢流調(diào)節(jié)的方式將多余的油旁路流回油箱,在整個(gè)過(guò)程中,馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是不變的,故供油量也是固定的,而由于執(zhí)行動(dòng)作是間隙性的,也并不可能是滿負(fù)載的,因此定量供油就有很大的浪費(fèi)空間,據(jù)實(shí)測(cè)至少有50%左右。變頻節(jié)能正是針對(duì)這一浪費(fèi)空間,根據(jù)注塑機(jī)發(fā)出的各個(gè)動(dòng)作信號(hào),適時(shí)適量調(diào)整各個(gè)動(dòng)作所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)速(即流量調(diào)節(jié)),讓泵出的油量剛好能滿足動(dòng)作的需要,而在非動(dòng)作狀態(tài)時(shí)讓馬達(dá)停止下來(lái),這樣節(jié)能空間就進(jìn)一步地增大了,故對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造能夠帶來(lái)巨大的節(jié)能效果。
3.2、HL3000系列注塑機(jī)專用變頻器的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行
3.2.3、 變頻器的安裝:
HL3000系列注塑機(jī)專用變頻器采用柜式結(jié)構(gòu)。所以安裝十分簡(jiǎn)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(jī)的流量信號(hào)、壓力信號(hào)需接至變頻器內(nèi)部的(0~1A)專用信號(hào)接口。
3.2.4、變頻器的調(diào)試:
(1) 加減速時(shí)間的設(shè)置:變頻器為了滿足節(jié)能的目的,控制馬達(dá)隨反饋量的變化適時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因其加減速必須有一定的時(shí)間,若加速時(shí)間設(shè)定過(guò)長(zhǎng),會(huì)影響動(dòng)作的響應(yīng)速度,導(dǎo)致某些動(dòng)作緩慢甚至無(wú)法完成;加速時(shí)間過(guò)短,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)加速時(shí)過(guò)電流等,變頻器就可能會(huì)頻繁地進(jìn)行過(guò)載保護(hù),故此時(shí)間的設(shè)置應(yīng)適當(dāng)才能保證變頻器的正常使用,又不至于影響生產(chǎn)。減速時(shí)間的設(shè)定也是如此,過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響動(dòng)作響應(yīng)及節(jié)能效果;過(guò)短會(huì)出現(xiàn)直流母線過(guò)電壓、過(guò)電流,變頻器同樣會(huì)進(jìn)行保護(hù)。華藍(lán)變頻器的加減速時(shí)間設(shè)定范圍寬,從0.1~999.9秒之間可任意設(shè)置,調(diào)試人員可根據(jù)具體的工況設(shè)置,如有特殊工況可采用能耗制動(dòng)。
(2) 過(guò)載保護(hù)是變頻器的一項(xiàng)基本功能,過(guò)載能力的高低直接影響到注塑生產(chǎn)的連續(xù)性。一般來(lái)講,過(guò)載保護(hù)是衡量變頻器可靠性的重要指標(biāo),過(guò)載能力的強(qiáng)弱與允許過(guò)載的時(shí)間和允許過(guò)載的百分比有關(guān),呈反時(shí)限特征。一般的通用變頻器的過(guò)載保護(hù)設(shè)置為150% 1分鐘。而華藍(lán)注塑機(jī)專用變頻器的過(guò)載能力強(qiáng),其過(guò)流保護(hù)拓寬到額定電流的180% 1分鐘;短路保護(hù)電流也設(shè)計(jì)為額定電流的300%。
(3) 過(guò)壓失速的功能選擇和過(guò)壓保護(hù)也是變頻器的一個(gè)保護(hù)功能,若選擇設(shè)定不當(dāng)會(huì)影響正常生產(chǎn)。這主要是因?yàn)樽冾l器在減速運(yùn)行過(guò)程中由于負(fù)載慣性的作用,會(huì)出現(xiàn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出同步速度的情況,此時(shí)電機(jī)向變頻器回饋電能,造成變頻器直流母線電壓升高,華藍(lán)變頻器由于其內(nèi)部采用自激式開(kāi)關(guān)電源,工作電壓范圍寬,為額定電壓的±20%,當(dāng)然由于電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)所回饋的能量也只有超過(guò)額定工作直流電壓的20%以后才會(huì)過(guò)壓保護(hù)。
以上這些功能參數(shù)的選擇和設(shè)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(shè)定不當(dāng),變頻器就可能處于頻繁的保護(hù),注塑機(jī)的正常生產(chǎn)就會(huì)受到影響。除此之外,HL3000 系列變頻器還有一些特點(diǎn):(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(jī)專用微電腦處理器,采用最新的空間電壓矢量調(diào)制方式(SVPWM)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制,噪音小,低速高轉(zhuǎn)矩輸出。(2)采用先進(jìn)的載波頻率隨機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式,(即:在啟動(dòng)時(shí),變頻器采用低載波頻率高轉(zhuǎn)矩輸出,在運(yùn)行過(guò)程中則采用高載波頻率靜音化運(yùn)行,當(dāng)工作溫度變高時(shí)則降低載波頻率以減少開(kāi)關(guān)器件的損耗)從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)最優(yōu)運(yùn)行。(3)外控端口,可實(shí)現(xiàn)軟件編程,功能齊全,提高了廣泛的適用性。(4)保護(hù)功能齊全,其中短路保護(hù)采用Vce電壓檢測(cè)短路保護(hù)+電流超值短路保護(hù),雙重保護(hù)更加可靠。(5)具有先進(jìn)的注塑機(jī)專用輸入接口(0~1A)(即:流量信號(hào)、壓力信號(hào)),可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)跟蹤控制,操作極為方便。(6)工變頻轉(zhuǎn)換靈活,為了確保生產(chǎn)的長(zhǎng)期正常運(yùn)行,原有的工頻運(yùn)行不變,在HL3000系列注塑機(jī)專用變頻器的控制柜上可以方便的相互切換。這些特點(diǎn)都對(duì)注塑機(jī)有很大的好處。
4、市場(chǎng)前景分析:
隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)量的迅猛增長(zhǎng),塑料機(jī)械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機(jī)械等行業(yè)的重要技術(shù)裝備,需求量激增,塑機(jī)行業(yè)已成為21世紀(jì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)隨著我國(guó)塑料工業(yè)的發(fā)展,塑料機(jī)械工業(yè)近幾年來(lái)的增長(zhǎng)率都在30%左右,是增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)之一。2001年我國(guó)塑機(jī)行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值81億元,利潤(rùn)5.9億元,利潤(rùn)率增長(zhǎng)遠(yuǎn)高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長(zhǎng)。2001年塑機(jī)工業(yè)總產(chǎn)值為1995年的2.3倍,而利潤(rùn)率則為1995年的4.5倍。在全國(guó)機(jī)械工業(yè)的194個(gè)行業(yè)中,塑機(jī)行業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均居前列。
塑料加工工業(yè)良好的發(fā)展前景仍將是我國(guó)塑料機(jī)械制造工業(yè)高速發(fā)展的源動(dòng)力,預(yù)計(jì)2001-2010年,我國(guó)對(duì)塑料機(jī)械需求量的年均增長(zhǎng)率為6%左右,預(yù)計(jì)至2010年為145億元。也就是說(shuō),我國(guó)塑機(jī)行業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽螅髣藕茏恪T谖覈?guó)塑料工業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃中,2000-2005年塑料制品的年均增長(zhǎng)率約為10%,2006-2015年的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到8%。即到2005年塑料制品的產(chǎn)量將達(dá)到2500萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)2015年塑料制品總產(chǎn)量翻一番,達(dá)到5000萬(wàn)噸。

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