普传PI9000系列变频器在注塑机的变频节能改造可行性方案

普传PI9000系列变频器在注塑机的变频节能改造可行性方案

一、概述

注塑机、挤出机是塑胶行业的主要生产设备,同时也是主要的耗电设备,被人们称为“电老虎”,其用电量占企业生产用电的80%左右。注塑机耗电大,一方面造成全社会电能的巨大浪费,另一方面造成企业生产成本居高不下,产品缺乏竞争优势,严重影响企业的经济效益。

注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段,各个阶段需要不同的工作压力和流量。对于油泵马达而言,注塑过程是处于变化的负载状态。在定量泵的液压系统中,油泵马达始终以恒定的转速提供恒定的流量,多余的液压油通过溢流阀回流,此过程称为高压节流。据统计高压节流造成的能量损失高达25-60%。同时,由于液压长期的全速循环流动,与液压件、机械件的剧烈磨擦,造成油温过高、噪音过大、机械寿命缩短的现象。

在注塑机工序一个完整的过程中,各种型号的注塑机,它的工序过程是相同的,大致是五个工序过程。



从上图可知注塑机不同的工序过程中压力和时间是这样分布的:

1)送模具过程:压力低,时间较短。

2)合模具过程:左右两个模具相接直至完全闭合,压力略高,时间不长。

3)保压过程:送料至模腔,直到成型,固化。压力较高,时间较长,约占一件产品制造时间的4060%。

4)脱模具过程:加工成型,开启模具,脱模,取出加工件。压力略高,时间不长。

5)退模具过程:加工件取出,模具后退原位,进行辅助工作后,待再次加工。压力低,时间较短。

对同一台注塑机,加工不同的塑料件,其压力(P)与时间(t)长短是各不相同的。由于加工件模具的复杂性,使用不同的塑料,一个加工件的总用料量,有否嵌件等有关。具体参数设定,一般由工程技术人员经过测试后才能确定。

 

二、注塑机节能的原理及可行性分析

一台通用注塑机设备,在一个完整的注塑过程中的锁模、射胶、充填、熔胶、冷却、开模等阶段对压力的要求各不相同,开模阶段只需保证较小的压力即可,但在熔胶、冷却时却需要较大的压力,以保证产品质量及生产率。根据注塑机原理,我们知道电机转速越高,注塑压力也就越大,所以通过变频器对注塑机电机进行调速实现变压节能是完全可行的。

当前大多数注塑机生产商家未采用节能变频器技术,还是采用的Y/△启动,由工频电网直接供电,启动电流大,且浪费电能;如采用变频调速调压的方式则可实现注塑机电机的软启动,并可根据各个不同工艺段的压力需求自动改变运行频率,达到节能增效的目的。这些功能可通过变频器的压力模拟反馈或多段速度的调节方式来实现。具有投资回收快的特点。

1.理论原理

油泵的输出功率:pt=p×Qt=p×v×n (1)

油泵的理论转矩:Tt=1/2π×p×V (2)

P为压力,Qt为流量,V为油泵排量,n为油泵的转速,将(2)式代入(1)式得:

Pt=2π×Tt×n (3)

如果忽略机械能到液压能转换过程中的能量损失,则可近似认为油泵的输出功率等于电机的输出转矩与电机转速的乘积。因此可以看出,当系统要求低流量时,系统需要的功率其实是非常低的。但是实际情况却是,由于电动机始终运行在工频50Hz状态上,并不能根据实际的需求来降低其转速,从而减小流量。因此多余的液压油只能通过比例流量阀流回油箱,造成能源的白白浪费。

 

2、油泵变频调速节电运行

从图2注塑机的P=f(t)工序过程中看出,在不同时间段,它的主油泵压力是变化的,而且起伏较大,这就存在节能的可能性,且潜力较大。据统计,注塑机节电率一般可达25%-60%。众所周知注塑机未使用变频器时,主泵的电动机始终恒速运行,是极不经济的运行的方式。

采用注塑机节电控制器,将控制比例流量阀的电流信号(0-1A),按每个生产工艺阶段设定的流量比例,得到0-1A 的比例信号去打开电磁阀的比例开度,以提供系统所需的压力。多余的流量通过溢流阀溢流掉。把比例流量信号连接到注塑机节电控制器作为驱动指令,控制油压驱动电机的转速,油泵只补充油路中所消耗的部份,油泵电机按比例指令运转相应转速,输出相应的流量,以提供系统所需的压力。即需要多少提供多少,在源头上让它不产生浪费,因此用变频节电系统在注塑机的整过生产过程中都具有明显的节电效果,从而能够较大幅度节能省电,为用户带来可观的经济效益。

根据上述动作,按时间先后程序可将注射机工作过程绘成曲线图



三、PI9000改造方案简述

目前在一些注塑机已采用了变频节能技术,收到了节能、超静、高效和可靠的显著效果,且能大大减少注塑机的用电量,这已在众多注塑机用户中得到了非常好的评价与信赖。通过一些专家的测试和改良,注塑机的变频节能技术已日趋完善。



本方案是将注塑机主控制器的流量阀或压力阀的信号转换变频器接受的0~10v信号给变频器,以达到根据工艺需要调节油压的目的。

这种方式是种较为通用的做法,一些技改同行将信号变换及控制系统做成一种较为通用的电路板,以简化技改电路的设计;根据普传变频器的特点也可采用通用控制板的做法。



参数设置:取流量和压力两路信号的绝对值的最大值设定频率:

功能码

功能码值

说明

F0.03

2

模拟量AI1设定

F0.04

3

模拟量AI2设定

F0.07

21

频率主辅关系:Max(主,辅)

F0.11

1

端子台控制

F0.13

0.5

第一加速时间

F0.14

0.5

第一减速时间

F1.12

1.02V

模拟量下限(根据流量和压力零信号,变频器频率校零)

F1.14(F1.18)

6V

根据现场工艺调节此参数可适当调节电机输出力度

 

四、注塑机变频改造应意的几个问题

1、注塑机变频改造过程中应注意的几个问题:

①必需是采用定量泵的注塑机才可进行变频节能改造。

②变量泵不用进行变频节能改造。因为变量泵本身已带有一定的节能效果,增加变频器不能体现出它的优势。

③一般情况下,继电器控制的注塑机速度是采用手调节流量阀控制速度的,进行变频节能改造的效果并不理想。对小型注塑机也因对变频器响应速度的特别要求,需慎进行变频节能改造。

2、安装变频节能装置应注意的问题:

①一般采用独立电箱的方法,也可做成工频-变频双回路的形式。

②可以悬挂于墙边或机器的某一部位。

③为加强电机散热效果,可在电机尾部加装风扇。

3、操作使用时应注意的问题:

一般情况下,安装节能变频器不会影响注塑机的操作使用方式,为保证生产效率,某些工艺参数却需要作调整。

 

五、注塑机变频节能率及投资回本期

根据大量的现场测试,一般注塑机油泵电机在市电运行情况下因各工序所耗功率不同,节电效益随单机使用时间增长而增长。

1、注塑机变频改造一般节电率为25-65%之间,注塑周期越长节电率越高,冷却时间越长,节能率也越高。

2、投资回本期:一般来说,变频节能改造投资在6-12个月能收回成本,而且使用率越高,回本越快。

投资回收期:

36台机器总功率985KW,如果按每月工作30天,每天工作20小时,按节电效率保守按35%计算,每台机器负载按65%,每度电按0.8元收费。

36台机器每月可以节约电费:985*30*20*0.8*35%*65%=107562/

36台机器一年可以节约电费:107562/*12=1290774/

案例一 :深圳龙岗某电子厂

注塑机为:台湾赞扬公司的CY-250系列,电机功率为3.7KW ,变频改造具体情况如表:



从上表分析可知,工频运行时平均每小时用电量为2.58KW/h ,变频运行时平均每小时用电量为1.4KW/h,当地电费是0.75元每度,按每天平均工作20小时,每月工作28天计算得:

节电率为:( 2.58-1.4 /2.58 = 45.7%

工频运行是每年电费为: 2.58 2028120.75=13003.2

变频运行是每年电费为: 1.4 2028120.75=7056

每年节省电费 5947.2

结论:

理论分析与实际测得:注塑机变频节能改造以后有以下几种优点:

1.节能降耗、降低成本。

2.满足各工况工艺要求,提高了产品质量、产量。

3.实现了软起动,对电网、变压器无起动电流冲击。

4.减少对机械的冲击、磨损、延长机械寿命。

5.相对地降低了油温和油泵噪音。


 
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