1 引言
塑料用合成樹脂與合成橡膠、合成纖維三大類合成高分子新型材料，是信息、能源、工業、農業、交通運輸乃至宇宙空間和海洋開發等國民經濟各領域不可缺少的新型材料。塑料制品加工行業是輕工行業中近幾年發展速度較快的行業之一，2002年全行業累計完成工業總產值2408.48億元，在輕工22個主要行業中位居第三。在江浙地區，由于改革開放早，經濟發達，民營和鄉鎮企業眾多，是塑料工業的主要產區。在浙江省，以寧波、臺州、溫州、金華、湖州等地區的塑料加工企業最為密集，2002年塑料制品業總產值72.31億元，塑料加工企業(包括擁有塑料加工機械的其他行業企業)約有3千至4千家，加工設備總量約8萬臺。同時，寧波和臺州地區還是我國國產塑料加工機械的主要生產基地。
隨著塑膠企業數量的增多，降低生產成本，提高產品競爭力成為許多塑料制品廠共同關心的問題。在加工成本中，電費占據了相當大的比例，而數量眾多的注塑機是耗電最多的設備，因此，對注塑機進行節能技術改造就顯得非常迫切和必要。特別是近一段時間來，浙江電力供應形勢極其嚴峻，許多地區不得不拉閘限電，極大地影響了企業生產，在供電能力短時間不可能大幅增長的情況下，節約用電就顯得更為必要和緊迫。
近年來, 一些國內外注塑機制造廠紛紛推出了各式節能型注塑機, 包括變量泵注塑機、全電動注塑機等, 但由于制造復雜、對使用條件要求高和設備價格昂貴等種種原因, 在市場上銷售數量不多。對于絕大多數生產廠家使用的定量泵注塑機來說, 采用新技術進行節能改造更具有實際意義。經過多年的實踐積累, 這個重擔落在了交流變頻調速技術上。
2 變頻調速原理及注塑機節能應用
在交流異步電機的諸多調速方法中，變頻調速的性能最好，調速范圍大，穩定性好，運行效率高。采用通用變頻器對籠型異步電動機進行調速控制，由于使用方便、可靠性高并且經濟效益顯著，所以逐步得到推廣。
2.1 變頻調速的基本控制方式
對異步電動機進行調速控制時，保持電動機的主磁通量恒定值不變，改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。
2.2 注塑機油泵特性分析與變頻節能原理
油泵是注塑機工作的動力來源，利用變頻器對油泵進行控制，主要通過對其流量的控制而有效的節能，這是變頻器最廣泛的一種應用。
油泵是一種平方轉矩負載，其轉速n與流量q、揚程h及泵的軸功率n的關系如下式所示:
上式表明，泵的流量與其轉速成正比，泵的揚程與其轉速的平方成正比，泵的軸功率與其轉速的立方成正比。當電動機驅動泵時，電動機的軸功率p(kw)可按下式計算:
對于定量泵注塑機，顧名思義，盡管生產運行時，其液壓系統在各個工序階段要求的壓力、流量是不同的，但是油泵電機始終定速運行時，其輸出流量始終不變，而多余的流量目前大多采用壓力或流量比例閥調節，直接回流，大量能量以壓力差的形式損耗在閥門上，浪費極大。采用變頻調速控制技術后，節能器可根據注塑機當前的工作狀態，控制油泵電機的轉速來調節油泵的輸出流量，使油泵實際供油量與注塑機實際負載流量在任何工作階段均能保持一致，保證電機在整個變化的負荷范圍內的能量消耗達到所需的最小程度，徹底消除了溢流現象，并確保電機平穩、精確地運行，如圖1所示。
圖1 油泵控制特性曲線
圖中①號曲線表示工頻運行的油泵采用閥門調節時的功率和流量關系，②號曲線表示油泵采用變頻調速控制時的功率和流量關系。可見，在相同流量情況下，變頻控制比閥門控制油泵所消耗的有功功率要小得多，且流量愈小，差別愈大，這是由油泵固有的調速特性決定的。經計算，注塑機采用變頻節能改造后與改造前油泵的節電率及功率消耗如圖2和圖3所示。
圖2 油泵變頻調速節電率
圖3 油泵功率消耗對比圖
由于泵類負載的特性，采用變頻技術改造后，節能效果十分顯著，一般可達25%～60%。
另外，使用變頻調速技術大大減小了注塑機油泵電機的無功損耗，提高電機的功率因數，降低了線路損耗，從而提高了工廠的供電效率，從而達到節能的目的，對于一些供電容量緊張的企業，甚至可以免去昂貴的增容費;油泵電機實現軟起動，減少了機械沖擊。
3 注塑機變頻節能技術應用的特點
注塑機節能系統的核心技術是變頻調速技術。通覽目前市場上各式各樣的注塑機變頻節能器，通常具有如下技術特點:
(1) 過載能力強
過載能力多數可以達到為180%,1min，有的甚至達到200%,30s。高過載能力保證了注塑過程中在高壓射膠等重負載沖擊下，不跳脫，不影響生產連續進行，保證產品質量。
(2) 防護等級較高，有的采用獨立風道全封閉設計，防塵、防腐蝕、環境適應能力強，使用壽命更長。
(3) 部分產品采用了流量和壓力雙信號控制，適用于各種復雜模件的生產。
(4) 體積小，結構緊湊，安裝簡便。可以做到柜式和壁掛兩用。
(5) 市電/節電運行雙回路設計，確保系統無故障，不影響生產。
(6) 具有自動復位、掉電復位功能，保證生產連續及生產效率。
注塑機采用變頻節能技術后，可以達到的效果:
(1) 高節電率
采用先進的微電腦控制技術，使定量泵變為節能型變量泵;注塑機液壓系統與整機運行所需功率匹配,無高壓節流溢流能量損失，節電率高達25%～60%。
改善功率因數:改造前功率因數一般為0.6～0.8，改造后可達0.96以上，故能顯著提高電網功率因數，降低無功電流，從而降低線路損耗。對供電設備而言，則起到了增容的作用。
(2) 高可靠性
保留注塑機原有控制方式及油路不變，采用變頻器后，由計算機監控，發現故障及時報警，具有過壓、過流、過載、過熱、欠壓及對地短路等多種保護，還可有效地實現油泵電機采用市電/節能運行控制方式的轉換，實現變頻器故障時不影響生產。
(3) 軟起動
減輕開鎖模震動，延長設備和模具的使用壽命，減輕噪音,改善工作環境，系統發熱明顯減少，油溫穩定，注塑機冷卻用水量可節省30%以上，延長密封組件的使用壽命,降低停機維修的次數和維修時間,節省大量維護費用。
(4) 操作簡易，無須任何調節。
4 現場改造的幾點技術問題
目前市場上各種注塑機變頻節能器種類繁多，技術含量和產品質量參差不齊，因此在現場改造中出現了一些具體問題，有的是屬于采用變頻調速技術后的正常現象，而有的則是屬于產品或應用中應該克服的缺點。
4.1 電機高頻噪聲較市電時尖銳
由于變頻器輸出電壓是由許多脈沖列組成，存在著高次諧波，使電機運行時轉速不同時會發出不同響度且稍尖銳的聲音，這是正常現象，并可以通過降低變頻載波頻率來降低尖嘯聲。
4.2 電機溫度略高于市電運行時的溫度
由于輸出諧波的存在，增加了電機的銅損和鐵損，因此，電機在變頻節電運行時的溫度要稍高于市電運行時的溫度。同時，在中低速運轉階段，電機冷卻風扇轉速下降，散熱能力降低，溫升可能上升5～8℃左右。由于普通油泵電機絕緣等級均在b級或f級以上，故電機溫升仍在允許的范圍內，不會影響電機的使用和壽命。
4.3 對注塑機的正常運行產生干擾
變頻裝置產生的諧波對注塑機的一些控制回路會有一定干擾，影響注塑機的正常動作，特別是一些制造工藝粗糙、諧波含量大的變頻器用在工藝不穩定的注塑機表現的更明顯，這就需要我們在現場采取一些對策解決干擾問題。干擾源主要有下面兩個方面:
(1) 高次諧波通過導線產生的射頻干擾
對這類干擾可以通過在變頻裝置的輸入或輸出側加裝抑制射頻干擾的設備加以解決，例如磁環或濾波器等;
(2) 輸入諧波通過電源耦合到其他用電設備形成干擾
對這類干擾可以在變頻裝置的輸入側加裝濾波器解決，或者安裝進線側交流電抗器也有一定效果;另外，同一電源下的其他設備最好能做到隔離供電。
4.4 影響注塑生產的效率
變頻節能器在控制油泵電機速度的過程中存在著一定的加減速時間，相比原來的電磁閥開通速度有一定的滯后，導致單位加工周期延長，生產效率受到一定影響，如果變頻節能器能夠采用流量和壓力兩路信號控制，同時根據情況修改部分注塑機參數，就能夠較好地解決這個問題。
5 投資回收及改造案例
根據對大量注塑機改造現場的測量，注塑機電機市電實耗功率按油泵馬達功率的45%計算，使用時間按每月28天，每天20小時，浙江地區工業電費單價范圍在0.6～0.8元/kwh，節電率按平均節電率30%核算，僅靠節省電費一項，大多數改造項目的投資都可以在6～12個月內收回。如果單機工作時間更長，則節電效益更顯著。
應用實例1:某電子廠所用的注塑機型號為億利達 e-140、油泵功率15kw、制品為cd機機殼、材質abs，市電運行每小時耗電量5.6kwh，每月耗電量3449.6kwh。使用變頻運行后每小時耗電量3.2kwh，每月耗電量 1971.2kwh，節電率42.86%,每月節約電量1478.4kwh，每月節約電費1183元。
應用實例2:某汽車冰箱公司所用的注塑機型號為wg400、油泵功率45kw、制品為汽車冰箱殼、制品材質混合, 市電運行每小時耗電量19.43kwh, 每月耗電量11968.88kwh。使用變頻運行后每小時耗電量10.72kwh，每月耗電量6603.52kwh, 節電率44.83%,每月節約電量 5365.36kwh，每月節約電費4292元。
應用實例3:某模塑公司所用的注塑機型號為ls-850、油泵功率55kw、制品為電腦顯示器后殼、制品材質混合，市電運行每小時有功耗電量35kwh，每小時無功耗電量27.8kvar，功率因數0.5573。使用變頻運行后每小時有功耗電量18.4kwh，每小時無功耗電量1.4kvar，有功節電率47.43%，無功節電率94.96%,功率因數0.9293。
6 結束語
變頻器在注塑機中的應用, 可以節約大量的電能, 這是不爭的事實。用變頻器改造注塑機是生產的要求、技術發展的必然趨勢。在應用變頻器的過程中, 應進一步改進, 以控制流量和壓力, 使注塑機的控制性能更加完善, 不僅大量節約電能, 而且不影響, 甚至提高注塑機的生產效率。
參考文獻
[1] 浙江省經貿概覽2003[z]. 浙江省經貿委
[2] 深圳:第四屆華南國際塑料工業展覽會應用技術論壇論文集[a]. 2003,3.
作者簡介
宋 濤(1969-) 男 工程師 畢業于中國紡織大學，現在鎮海煉化股份公司從事電氣施工管理、項目經理。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
