半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，塑料已成為工農(nóng)業(yè)和民用主要的材料之一。注塑機(jī)就是一種的塑料成型機(jī)械。它利用塑料的熱塑性，經(jīng)適當(dāng)加熱熔化后，加高壓快速流入模腔，經(jīng)一定時(shí)間保壓、冷卻，成為各種型材和塑料制品。
　　
　　在注塑機(jī)上推廣應(yīng)用變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低油污染和噪聲污染，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。因此將逐步推廣使用。
　　
　　一、注塑機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案
　　
　　注塑機(jī)的工作循環(huán)如下:1）鎖合模:模板快速接近定模板，且確認(rèn)無(wú)異物存在時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓，將模板鎖合。2）注射臺(tái)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(guò)此動(dòng)作，使模腔內(nèi)的塑料制品冷卻成形。5）預(yù)塑:傳統(tǒng)上應(yīng)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿并后退，料斗中加入的塑料粒子被前推，并進(jìn)行預(yù)塑。螺桿后退到預(yù)定位置，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備下一次注射。6）注射臺(tái)后退，開模。7）頂出制品以上這些動(dòng)作在傳統(tǒng)的注塑機(jī)上都是以液壓系統(tǒng)來(lái)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(dá)所要求的推動(dòng)力和移動(dòng)速度。
　　
　　*，油泵的輸出功率Pt=p×Qt=p×V×n
　　
　?。?）而油泵的理論轉(zhuǎn)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(zhuǎn)排出的油量），n為油泵轉(zhuǎn)速將（2）式代入（1）式得:Pt=2π×Tt×n
　　
　?。?）如果忽略機(jī)械能到液壓能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失，則可近似認(rèn)為油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積。因此可以看出，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，系統(tǒng)需要的功率其實(shí)是非常低的。但是實(shí)際情況卻是，由于電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在工頻50Hz狀態(tài)上，并不能根據(jù)實(shí)際的需求來(lái)降低其轉(zhuǎn)速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過(guò)比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費(fèi)。
　　
　　二、油泵變頻調(diào)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(hào)同時(shí)輸入給變頻器的模擬量輸入端，通過(guò)控制油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵的實(shí)際流量正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵的輸出功率因此也正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)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(nèi)不等。同時(shí)與始終運(yùn)行在工頻轉(zhuǎn)速上的電機(jī)和油泵相比較，伴隨著電機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)際噪音降低50%，因此工廠的環(huán)境和員工的勞動(dòng)條件得到改善
　　
　　電動(dòng)預(yù)塑機(jī)構(gòu)（電液混合式注塑機(jī)）作為電液混合式注塑機(jī)，是采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)替代一部分液壓系統(tǒng)，這樣既保留了液壓系統(tǒng)的動(dòng)力強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又增加了電動(dòng)系統(tǒng)的率、節(jié)省能源的優(yōu)勢(shì)，使機(jī)器本身的性能有了很大的提高。圖2示出電動(dòng)預(yù)塑機(jī)構(gòu)，是電液混合式注塑機(jī)中zui常見的一種方式。它使用了變頻器和電機(jī)矢量控制，以取代傳統(tǒng)的液壓馬達(dá)。其帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn):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(guān)的液壓設(shè)備安裝及維護(hù)費(fèi)用大幅降低。由于使用F4-F矢量控制變頻器，對(duì)于預(yù)塑螺桿的速度控制較之液壓馬達(dá)更為，故能保證每模注塑量的一致性，使產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高。并且電動(dòng)預(yù)塑機(jī)構(gòu)是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，因此預(yù)塑動(dòng)作可在開合模時(shí)同時(shí)完成，對(duì)于一些冷卻時(shí)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(diào)速方案的探討
　　
　　由于現(xiàn)今在中國(guó)對(duì)注塑機(jī)節(jié)能改造的方案主要集中于油泵變頻調(diào)速，而針對(duì)油泵電機(jī)采用的變頻器，也有幾種不同類型的應(yīng)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(wú)速度傳感器矢量控制變頻器?，F(xiàn)對(duì)以上不同類型的變頻器在油泵調(diào)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KEBF4-F變頻器采用了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的控制方式，即對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)變換，等效成直流電機(jī)的控制方式。在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流iA、iB、iC通過(guò)三相/兩相變換，可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流iΑ，iβ，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流it、im。im相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁電流，it相當(dāng)于直流電機(jī)中同轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。由于無(wú)論電機(jī)處在什么狀態(tài)，運(yùn)行或靜止，維持其勵(lì)磁電流im恒定，而轉(zhuǎn)矩的大小只要獨(dú)立調(diào)節(jié)電樞電流it，故可以使異步電機(jī)始終處于高動(dòng)態(tài)的狀態(tài)，其從0rpm加速至1000rpm的時(shí)間，在無(wú)負(fù)載情況下只需不到30ms，改善了變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于注塑機(jī)整個(gè)運(yùn)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(guò)KEBF4-F變頻器對(duì)電機(jī)的自學(xué)習(xí)，測(cè)量了定子的電阻和電感，從而使勵(lì)磁電流im恒定，即恒定磁通Фm。再由于電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率:ωs=K×it/Фm
　　
　?。?）使用無(wú)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(chǔ)，同樣通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率ωs，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。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(nèi)部計(jì)算得出，而并非靠對(duì)定子頻率ω1測(cè)量積分得到的實(shí)際相位信號(hào)。因此，此種方式相比通用變頻器，可使電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)有更大的轉(zhuǎn)矩（2.5倍以上的額定轉(zhuǎn)矩），有較好的加減速性能，轉(zhuǎn)矩突變時(shí)響應(yīng)也很快。由于此種方式可省去編碼器的安裝，對(duì)于注塑機(jī)節(jié)能改造來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)的改變相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)又可獲得較高的動(dòng)態(tài)性能。
　　
　?。?）即當(dāng)磁通Фm恒定時(shí)，矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率在動(dòng)態(tài)中與轉(zhuǎn)矩成正比，則定子磁場(chǎng)頻率ω1:ω1=ω+ωs
　　
　?。?）（ω為轉(zhuǎn)子頻率，由編碼器測(cè)得）可以受控。這就意味著，當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生波動(dòng)，變頻器控制部分可迅速計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)差頻率ωs，從而給出定子的旋轉(zhuǎn)頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，提高了電機(jī)面對(duì)負(fù)載變化的運(yùn)行穩(wěn)定性。
　　
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　綜上所述相比之下，閉環(huán)矢量控制變頻器因其高動(dòng)態(tài)性、穩(wěn)定性好等特性，更合適于此應(yīng)用。而無(wú)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(jī)節(jié)能改造。