一、概述

    注塑機、擠出機是塑膠行業的主要生產設備，同時也是主要的耗電設備，被人們稱為“電老虎”，其用電量占企業生產用電的80%左右。注塑機耗電大，一方面造成全社會電能的巨大浪費，另一方面造成企業生產成本居高不下，產品缺乏競爭優勢，嚴重影響企業的經濟效益。

    注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的工作壓力和流量。對于油泵馬達而言，注塑過程是處于變化的負載狀態。在定量泵的液壓系統中，油泵馬達始終以恒定的轉速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節流。據統計高壓節流造成的能量損失高達25-60%。同時，由于液壓長期的全速循環流動，與液壓件、機械件的劇烈磨擦，造成油溫過高、噪音過大、機械壽命縮短的現象。

    在注塑機工序一個完整的過程中，各種型號的注塑機，它的工序過程是相同的，大致是五個工序過程。

    從上圖可知注塑機不同的工序過程中壓力和時間是這樣分布的：

（1）送模具過程：壓力低，時間較短。

（2）合模具過程：左右兩個模具相接直至完全閉合,壓力略高，時間不長。

（3）保壓過程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時間較長，約占一件產品制造時間的40—60％。

（4）脫模具過程：加工成型,開啟模具,脫模，取出加工件。壓力略高，時間不長。

（5）退模具過程：加工件取出，模具后退原位，進行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時間較短。

    對同一臺注塑機，加工不同的塑料件，其壓力（P）與時間（t）長短是各不相同的。由于加工件模具的復雜性，使用不同的塑料，一個加工件的總用料量，有否嵌件等有關。具體參數設定，一般由工程技術人員經過測試后才能確定。

二、注塑機節能的原理及可行性分析

    一臺通用注塑機設備，在一個完整的注塑過程中的鎖模、射膠、充填、熔膠、冷卻、開模等階段對壓力的要求各不相同，開模階段只需保證較小的壓力即可，但在熔膠、冷卻時卻需要較大的壓力，以保證產品質量及生產率。根據注塑機原理，我們知道電機轉速越高，注塑壓力也就越大，所以通過變頻器對注塑機電機進行調速實現變壓節能是完全可行的。

    當前大多數注塑機生產商家未采用節能變頻器技術，還是采用的Y/△啟動，由工頻電網直接供電，啟動電流大，且浪費電能；如采用變頻調速調壓的方式則可實現注塑機電機的軟啟動，并可根據各個不同工藝段的壓力需求自動改變運行頻率，達到節能增效的目的。這些功能可通過變頻器的壓力模擬反饋或多段速度的調節方式來實現。具有投資回收快的特點。

    1.理論原理

    油泵的輸出功率：pt=p×Qt=p×v×n (1)

    油泵的理論轉矩：Tt=1/2π×p×V (2)

    P為壓力，Qt為流量，V為油泵排量，n為油泵的轉速，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，當系統要求低流量時，系統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狀態上，并不能根據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。

    2、油泵變頻調速節電運行

    從圖2注塑機的P=f(t)工序過程中看出，在不同時間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節能的可能性，且潛力較大。據統計，注塑機節電率一般可達25%-60%。眾所周知注塑機未使用變頻器時，主泵的電動機始終恒速運行，是極不經濟的運行的方式。

    采用注塑機節電控制器，將控制比例流量閥的電流信號（0-1A），按每個生產工藝階段設定的流量比例，得到0-1A 的比例信號去打開電磁閥的比例開度，以提供系統所需的壓力。多余的流量通過溢流閥溢流掉。把比例流量信號連接到注塑機節電控制器作為驅動指令，控制油壓驅動電機的轉速，油泵只補充油路中所消耗的部份，油泵電機按比例指令運轉相應轉速，輸出相應的流量，以提供系統所需的壓力。即需要多少提供多少，在源頭上讓它不產生浪費，因此用變頻節電系統在注塑機的整過生產過程中都具有明顯的節電效果，從而能夠較大幅度節能省電，為用戶帶來可觀的經濟效益。

    根據上述動作，按時間先后程序可將注射機工作過程繪成曲線圖

三、PI9000改造方案簡述

    目前在一些注塑機已采用了變頻節能技術，收到了節能、超靜、高效和可靠的顯著效果，且能大大減少注塑機的用電量，這已在眾多注塑機用戶中得到了非常好的評價與信賴。通過一些專家的測試和改良，注塑機的變頻節能技術已日趨完善。

    本方案是將注塑機主控制器的流量閥或壓力閥的信號轉換變頻器接受的0~10v信號給變頻器，以達到根據工藝需要調節油壓的目的。

這種方式是種較為通用的做法，一些技改同行將信號變換及控制系統做成一種較為通用的電路板，以簡化技改電路的設計；根據普傳變頻器的特點也可采用通用控制板的做法。

    參數設置：取流量和壓力兩路信號的絕對值的最大值設定頻率：

四、注塑機變頻改造應意的幾個問題

    1、注塑機變頻改造過程中應注意的幾個問題：

    ①必需是采用定量泵的注塑機才可進行變頻節能改造。

    ②變量泵不用進行變頻節能改造。因為變量泵本身已帶有一定的節能效果，增加變頻器不能體現出它的優勢。

    ③一般情況下，繼電器控制的注塑機速度是采用手調節流量閥控制速度的，進行變頻節能改造的效果并不理想。對小型注塑機也因對變頻器響應速度的特別要求，需慎進行變頻節能改造。

    2、安裝變頻節能裝置應注意的問題：

    ①一般采用獨立電箱的方法，也可做成工頻-變頻雙回路的形式。

    ②可以懸掛于墻邊或機器的某一部位。

    ③為加強電機散熱效果，可在電機尾部加裝風扇。

    3、操作使用時應注意的問題：

    一般情況下，安裝節能變頻器不會影響注塑機的操作使用方式，為保證生產效率，某些工藝參數卻需要作調整。

五、注塑機變頻節能率及投資回本期

    根據大量的現場測試，一般注塑機油泵電機在市電運行情況下因各工序所耗功率不同，節電效益隨單機使用時間增長而增長。

    1、注塑機變頻改造一般節電率為25-65%之間，注塑周期越長節電率越高，冷卻時間越長，節能率也越高。

    2、投資回本期：一般來說，變頻節能改造投資在6-12個月能收回成本，而且使用率越高，回本越快。

投資回收期：

    36臺機器總功率985KW，如果按每月工作30天，每天工作20小時，按節電效率保守按35%計算，每臺機器負載按65%，每度電按0.8元收費。

    36臺機器每月可以節約電費：985*30*20*0.8*35%*65%=107562元/月

    36臺機器一年可以節約電費：107562元/月*12月=1290774元/年

案例一 ：深圳龍崗某電子廠

注塑機為：臺灣贊揚公司的CY-250系列，電機功率為3.7KW ，變頻改造具體情況如表：

    從上表分析可知，工頻運行時平均每小時用電量為2.58KW/h ，變頻運行時平均每小時用電量為1.4KW/h，當地電費是0.75元每度，按每天平均工作20小時，每月工作28天計算得：

    節電率為：（ 2.58-1.4 ）/2.58 = 45.7%

    工頻運行是每年電費為： 2.58 ╳ 20╳28╳12╳0.75=13003.2元

    變頻運行是每年電費為： 1.4 ╳ 20╳28╳12╳0.75=7056元

    每年節省電費 5947.2元

結論：

    理論分析與實際測得：注塑機變頻節能改造以后有以下幾種優點：

    1.節能降耗、降低成本。

    2.滿足各工況工藝要求，提高了產品質量、產量。

    3.實現了軟起動，對電網、變壓器無起動電流沖擊。

    4.減少對機械的沖擊、磨損、延長機械壽命。

    5.相對地降低了油溫和油泵噪音。