第３９卷第５期２０１１年５月塑料工业ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ·５·注塑机节能中变量泵与变频技术的应用现状陶文勇１，孙立中２（１．浙江工业职业技术学院，浙江绍兴３１２０００；２．舟山职业技术学院，浙江舟山３１６０００）摘要：注塑机节能是目前研究的一大热点，在动力驱动系统节能方面，主要有两种节能方式：即采用比例变量泵进行节能与变频器驱动定量泵节能，对这两种主要节能方式的特点进行了详细介绍，并论述了注塑机节能技术的发展趋向。关键词：节能；注塑机；变量泵；变频技术中图分类号：ＴＱ３２０．５文献标识码：Ａ文章编号：１００５—５７７０（２０１１）０５—０００５—０４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｉｔｕａｔｉｏｎｔｈｅｏｎＶａｒｉａｂｌｅＰｕｍｐａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＶａｒｉａｂｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＳａｖｉｎｇｏｆＥｎｅｒｇｙＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＴＡＯＷｅｎ—ｙｏｎｇ１，ＳＵＮＬｉ‘ｚｈｏｎｇ（１．ＺｈｅｊｉａｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏＨｅｇｅ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ３１２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｏｕｓｈａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ３１６０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｏｎｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｉｓａｒｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｎｏｗａｄａｙｓ．Ｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｔｗｏｍａｉｎｗａｙｓ：ｔｈｅｆｉｒｓｔｉｓｕｓｉｎｇｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｐｕｍｐｄｒｏｖｅｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｉｓｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｖａｒｉａｂｌｅｐｕｍｐ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—ｔｉｃｓｏｆｔｗｏｅｎｅｒｇｙ‘ｓａｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ａｎｄｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｒｅｎｄｓｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅＷａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇ；ＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ；ＶａｒｉａｂｌｅＰｕｍｐ；ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＶａｒｉａｂｌｅ注塑机７０％的电能消耗于液压动力源，对于定量液压泵注塑机，其油泵转速和输出油量始终保持不变的，但生产工艺的要求是不断变化的，这样，富裕部分的液压流量通过溢流阀排回油缸，从而造成电能浪费‘１—２Ｉ。效方法是采用泵控调速系统实现流量适应。通常有以下两种方法：一是用比例变量泵供油，根据系统要求调节泵的排量来获得所需要的流量；这一种是液压系统的常用方法。二是用变频器驱动普通三相异步电机，电机带动定量泵，通过调节电机的转速来改变泵输出的流量，实现容积调速达到流量适应，从而基本殴触跬图１注塑周期中功率消耗情况Ｆｉｇ１Ｔｈｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｉｎｔｈｅ达到无溢流损耗的目的一。ｏ。１１．１比例变量泵技术的应用比例变量泵的系统构成诤３相比于定量泵，变量泵可通过解决溢流问题实现节能。图２是应用了比例变量泵系统的注塑机的液压原理图，这一系统改变了常规的比例控制方法，由定量泵＋ＰＱ比例阀系统转变为比例变量泵系统，其核ｍｏｌｄｉｎｇｐｅｒｉｏｄｉｎｊｅｃｔｉｏｎ心的控制元件采用了兼具比例压力、比例流量、负载压力反馈等多种复合控制功能的负载敏感型比例变量柱塞泵。１．２比例变量泵系统的优点＂－ｓ］比例变量泵系统的应用，实现了注塑机液压系统由阀控向泵控的转变，并且除具有常规比例控制系统注塑机的功率消耗情况分别如图ｌ”】。从图１可以看出，在注塑过程中注塑机的大部分工作时间是在部分负载区和待机时间。据统计由于溢流造成的能量损失高达３６％一６８％。液压系统溢流损失的节能有作者简介：陶文勇，男，１９７１年生，高级实验员，高级技师，主要从事注塑设备领域的研究。ｚｊｓｘｆｇ＠１６３．ｃｏｒｎ万方数据·６·塑料工业２０１１年图２变量泵系统原理简图Ｆｉｇ２ＴｈｅｏｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｖａｒｉａｂｌｅｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍＭ一电动机；ＳＴＲ一电源；Ｔ一变压器；Ｂ一光电池热电传感器的优点外，比例变量泵系统更具有如下优点：１）能量消耗减少，系统效率提高。比例变量泵系统具有良好的自适应性，其输出的压力和流量能够与负载需求相一致，解决了节流调速系统的流量不适应和压力不适应问题，能量损耗大大减少，系统效率提高，节能效果十分明显，与普通定量泵＋ＰＱ比例阀系统相比较，可节电２５％一４５％。２）系统发热降低，液压元件使用寿命延长。比例变量泵系统几乎无节流、溢流损失，系统运行时发热大大减少，不仅可节省冷却水之消耗，低油温使密封件等液压元件寿命大大提高。３）相同功率的机器，注射速率可提高２５％以上，更适应薄肇精密注射要求。由于普通ＰＱ系统功率计算以保压状态为标准，比例变量泵系统在这一动作时功率消耗很低，因而油泵排量町加大２５％以上。４）液压系统污染度水平降低，系统故障明显减少，运动稳定性大大提高，液压油使用时间比常规系统延长３年以上。并且可实现数控比例背压的控制，使塑化效果得到了改善。１．３比例变量泵系统在注塑机上的应用情况＂１国产注塑机上应用比例变量泵系统，最早始于２０世纪８０年代后期，进入９０年代中期以后，加工企业间的竞争日趋加剧。为了迅速满足市场需求和节能与环保的总体要求，提高国产塑机的节能控制水平，震德公司自１９９７年开始，先后研制开发了ＣＪｌ８０一ＣＪ６００共９个品种的精密节能型注塑机，采用了具有国际先进水平的比例变量泵系统，实现了注塑机液压系统由阀控向泵控的转变，改传统的节流调速系统为容积调速系统。产品一经推出，即收到良好反映。短短几年时间，已有３０００多台Ｖ型机投放市场，产生了可观的经济效益和社会效益。万方数据２变频液压技术的应用２．１变频调速装置的工作原理变频液压技术的节能原理是通过变频器对电动机进行转速调节，实现注塑机液压系统工作流量的实时控制，使液压泵仅输出注塑工艺要求的流量。采用变频器控制液压泵的工作流量，可在不改变液压回路阻力的情况下，通过对流量的调节来达到对工作压力的调节。并可大量减少各种减压阀的使用。在注塑机液压系统中，液压泵流量与电动机转速的关系为：Ｑ＝ｎｑ（１）式中，ｎ为电动机转速；ｑ为液压泵的排量；Ｑ为泵的流量。电动机的转速为：Ｉｔ＝６０ｆ／ｐ（２）式中，．厂为电源频率；Ｐ为磁极对数。将式（１）、（２）结合，可得到：Ｑ＝６０ｆｑ／ｐ＝矽（３）式中，ｋ为比例系数，ｋ＝６０ｑ／ｐ。对于每一个确定的流量，按式＜３）可以得到一个与之对应的频率：，＝Ｏ／ｋ（４）按照式（４），就可以将每一工艺阶段的流量转换为对应的频率。这样就从理论上解决了频率确定的问题，对于液压泵而言，流量和转速的关系以及轴功率和转速的关系可以表示为∞。７１：ｐ％ｎ，ｐｏｃｎ（５）２．２变频调速的类型ｍ】２．２．１电Ｊ玉型变频调速Ｌ一弋乙Ｚ∑～Ｚ∈ｊｊ，｝７／／／：７一Ｚ∑一么∈ＥｒＲＵＩ图３电压型变频调速Ｆｉｇ３ＶｏｌｔａｇｅｓｔｙｌｅｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｂｌｅｒｅｇｕｌａｔｅｓｐｅｅｄＬ一感应线圈电抗器；ＵＲ一可控硅整流器；ＵＩ一逆变器；ＭＡ一异步电动机该方式如图３，整流输出经电感电容滤波后，具有恒压源特性，逆变器具有反馈二极管，是一种方波电压逆变器，变频器对三相交流异步电动机提供可调的电压与频率成比例的交流电源。这种方法若不设置第３９卷第５期陶文勇，等：注甥机节能中变餐泵与变频技术的应用现状·７·与整流器反响并联的再生逆变器，则不能实现再生制动。电压型变频器一般在单方向运转，不要求在快速调节及多台电动机协调运行等场合使用。２．２．２电流型变频调速Ｌ么∑厂．／／／夕弋７｛ｆｆ７／／／么一∑ｆ一）７ＵＩＬｒＲ图４电流型变频调速Ｆｉｇ４ＣｕｒｒｅｎｔｓｔｙｌｅｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｂｌｅｒｅｇｕｌａｔｅｓｐｅｅｄＬ一感应线圈电抗器；ＵＲ一可控硅整流器；ＵＩ一逆变器；ＭＡ一异步电动机该方式如图４，整流输出靠平波电抗器滤波，具有恒流源特性，供给异步电动机方波电流。这种方式电力能返回电源，适用于四象限运行和要求快速调速的场合，在轧机、风机、泵类等方面广泛采用。２．２．３脉冲宽度调制变频（ＰＷＭ变频）该方式如图５，其电路结构与电压型变频调速相似。～ＴＬＴ—ｒＣ丰、＝１＜２ｒＩ≮图５脉冲宽度调制变频调速Ｆｉｇ５ＰｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｂｌｅｒｅｇｕｌａｔｅｓｐｅｅｄＬ一感应线圈电抗器；Ｃ一电容器；ＵＩ一逆变器；ＭＡ一异步电动机２．３注塑机变频节能技术的优点２．３．１变频节能技术的优点‘３ｌ：（１）高效节能注塑机通常使用的三组异步交流电机不能变速，其拖动的定量叶片泵。输出液压油的流量不能改变。注塑机在进行低速动作时，多余的流量经溢流阀流回油箱，造成能量的大量损失。变频器能根据控制系统的指令，调节电机的转速，使叶片泵输出液压油的流万方数据量可根据注塑机动作速度要求改变，减少了液压油从溢流阀流回油箱的能耗，从而节省了大量的电能。根据注塑产品的不同，实时监测电机耗电量，节电率达２０％～７０％。（２）避免人身安全事故注塑机加装变频器后，由于操作人员在模具上取件、清洁和修模时，塑机电脑的速度模拟量无输出，电机处于停止状态，液压系统无压力，避免了机械的误动作，完全杜绝了注塑机的人身安全事故的发生。（３）实现软启动工频状况下马达采用的是星三角形降压延时启动，此时电流是电机额定电流的４—７倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大的冲击。采用变频调速后，马达只需在额定电流下就可软启动，电流平滑无冲击，减小了启动电流对马达和电网的冲击，延长了电机使用寿命。（４）减少无功功率无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因素的降低导致电网有功功率的降低。而使用变频调速节能控制装置后，由于变频器内滤波电容的作用，使得功率因素接近为１，增大了电网的有功功率，从而节省了无功功率消耗的能量。此外，在注塑机上使用变频器后，使机器的调速范围增大、工艺过程运行模式更容易实现，并且提高了系统的寿命和可靠性、降低了噪声、油温和泄漏量。２．３．２国内外对注塑机变频节能的研究情况在国内，变频液压技术主要用于对原有注迥机液压系统进行改造。现已有许多变频器厂家生产研制出注塑机专用节能变频器，其应用降低了原有注塑机的能耗‘１３‘１欧美各大注塑机生产厂家以及一些大学等科研机构已开始研制和生产采用变频液压技术的电液复合式注塑机，如在欧盟“Ｂｒｉｔｅ·ＥｕＲａｍ”计划中列有电液注塑机研究项目，对变频驱动这种新原理在注塑机中的应用进行研制和试验。现已对样机做了试验，试验结果表明：在一个工作循环内，采用变频驱动的电液注塑机的总效率可达５２％，而普通液压驱动的注塑机的总效率不足２５％¨…。３注塑机节能技术的发展趋势。刊纵观国产注塑机节能控制技术的发展，比例变量泵系统以其特有的优点占据了目前市场的主导地位，仅震德公司目前每月即销售配有变量泵系统的Ｖ型机２００多台，在行业内产生了广泛的影响。随着技术·８·塑料工业２０１１龟的成熟，其应用范围将进一步扩大，震德已有计划逐步将变量泵系统从中型机扩至大型机。另外，现在采用的开环比例变量泵系统也将逐步改进为闭环比例变量泵系统。整机的控制水平将进一步提高，行业内其他注塑机生产厂家也纷纷研制生产比例变量泵系统，其应用日趋广泛，相信未来３—５年内，国产注塑机比例变量泵系统仍占据节能控制技术的主流。对于交流变频调速系统也存在一些问题：如动态响应较慢，调节精度低，低速过载能力差，特别是当电机制动时速度慢，不能满足控制系统的要求。其次对于定量泵进行调速由于定量泵的本身最低转速的，加上泵的泄漏与压力成正比，因此泵在工作中存在最低稳定转速。综上所述，现阶段国产注塑机节能控制技术的发展方向仍以比例变量泵技术为主，并将逐步过渡为闭环比例变量泵系统。另外对于变频器在注塑机的使用，虽然有广阔的发展前景，但是要解决的问题也很多。参考文献［１］侯金来．变量泵注塑机变频节能装置：中国，２００８２００９３５９７，９［Ｐ］．２００９—０４—１２．［２］牟杰高．注塑机变频节能技术改造［Ｄ］．北京：中国农业大学，２００６．［３］黄方平，徐兵，杨华勇，等．变频液压技术在注塑机的应用［Ｊ］．液压气动与密封，２００４（３）：２２—２５．［５］曹建伟，翁振涛，顾临怡，等．基于Ｔ艺流程的液压注塑机的变频节能控制研究［Ｊ］，机床与液压，２００３（６）：８１—８３．［６］饶启琛，张涛．比例变量泵系统在注塑机上的应用［Ｊ］．橡塑技术与装备，２００２，２８（４）：５３—５５．［７］张涛．注翅机变量泵系统的应用与发展［Ｊ］．机电工程技术，２００１，３０（５）：１５一１６．［８］王昌焱．全液压式注塑机液压系统的功率损耗［Ｊ］．流体传动与控制，２００７（２）：４２—４４．［９］张友根．变频调速技术在注塑机上的应用［Ｊ］．变频器世界，２００５（８）：９６—９８．［１０］许学武．正弦ＳＩＮＥ３０８系列矢量节能控制器在注塑机上的应用［Ｊ］．变频器世界，２００８（６）：６９—７０．［１１］张颖．变频调速节能装置在注塑机上的应用［Ｊ］．农机化研究．２００４（２）：２１９．［１２］何芳．传统液压注塑机的变频节能改造［Ｊ］．景德镇高专学报，２００６，２１（４）：４４—４５．［１３］牟文杰，吴舜英．变频器技术在注塑机上的应用［Ｊ］．工程塑料应用，２００２（７）：４３—４５．［１４］候金来．注塑机变频技术改造［Ｊ］．中国塑料，２００１（６）：８７—８８．［１５］翁振涛，冯雅飞，金波．变频与电液比例技术复合调速系统及其应用［Ｊ］．液压气动与密封，２００４（１）：４ｌ一４３．［１６］ＨＥＬＢＩＧＡ．Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｓｔａｔｉｃ—８２．ｍｏｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｈｙｄｒｏ．Ｖｅｄａｇ，２００２：６７ｄｒｉｖｅｓ［Ｃ］．Ａａｃｈｅｎ：Ｓｈａｋｅｒ［４］邱戆曦，郗晓田．变频液压型注塑机生产成品质量控制［Ｊ］．电气传动，２００６，３６（８）：５６—５８．（修改稿于２０１１—０１—２５收到）新型一步法塑料热收缩带生产线问世青岛华仕达机器有限公司研制出具有自主知识产权的国内首套新型一步法塑料热收缩带生产线，专家称多项经济技术指标达到了世界领先水平，该生产线具有工艺先进、节能高效、生产成本低等诸多优点。在大量的防腐、化工、热力以及市政排污管网建设中，经常有因焊接不严造成渗漏、导致环境受到二次污染的现象发生。因此，作为塑料管道的接口联接件，塑料热收缩带起着非常重要的作用，研究提高其焊接质量一直是行业关注的热点。该公司从去年便组织本厂专业技术力量联合多家大专院校和科研单位进行研发，攻克了设计、生产中的２０多个技术难题，终于开发成功了具有自主知识产权的国内首套新型一步法塑料热收缩带生产线。专家称该生产线多项经济技术指标达到了世界领先水平，完全可替代进口设备。该生产线由热收缩带基材生产线和热熔胶涂覆生产线两部分组成，不仅工艺先进、效率高，而且生产成本低。由于采用新型工艺，热收缩带基材在生产过程中即完成拉伸，不需要再花费几十万元购置专用拉伸机；同时，因加装了在线纠偏装置，顺利解决了在涂胶过程中基材跑偏这一难题。该生产线生产出的塑料热收缩带凭借施工方便、防腐密闭性能好、适合野外快捷施Ｔ等诸多优势，已经成为各类塑料管道工程施工中的首选产品，在国内、外占据越来越广阔的市场空间。万方数据注塑机节能中变量泵与变频技术的应用现状
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
陶文勇， 孙立中， TAO Wen-yong， SUN Li-zhong
陶文勇,TAO Wen-yong(浙江工业职业技术学院,浙江绍兴,312000)， 孙立中,SUN Li-zhong(舟山职业技术学院,浙江舟山,316000)塑料工业
CHINA PLASTICS INDUSTRY2011,39(5)1次
1.侯金来 变量泵注塑机变频节能装置 20092.牟杰高 注塑机变频节能技术改造[学位论文] 2006
3.黄方平;徐兵;杨华勇 变频液压技术在注塑机的应用[期刊论文]-液压气动与密封 2004(03)4.邱戆曦;郗晓田 变频液压型注塑机生产成品质量控制[期刊论文]-电气传动 2006(08)
5.曹建伟;翁振涛;顾临怡 基于工艺流程的液压注塑机的变频节能控制研究[期刊论文]-机床与液压 2003(06)6.饶启琛;张涛 比例变量泵系统在注塑机上的应用[期刊论文]-橡塑技术与装备 2002(04)7.张涛 注塑机变量泵系统的应用与发展[期刊论文]-机电工程技术 2001(05)8.王昌焱 全液压式注塑机液压系统的功率损耗[期刊论文]-流体传动与控制 2007(02)9.张友根 变频调速技术在注塑机上的应用 2005(08)
10.许学武 正弦SINE308系列矢量节能控制器在注塑机上的应用 2008(06)11.张颖 变频调速节能装置在注塑机上的应用[期刊论文]-农机化研究 2004(02)12.何芳 传统液压注塑机的变频节能改造[期刊论文]-景德镇高专学报 2006(04)13.牟文杰;吴舜英 变频器技术在注塑机上的应用[期刊论文]-工程塑料应用 2002(07)14.候金来 注塑机变频技术改造 2001(06)
15.翁振涛;冯雅飞;金波 变频与电液比例技术复合调速系统及其应用[期刊论文]-液压气动与密封 2004(01)16.HELBIG A Injection molding machine with electric-hydrostatic drives 2002
1. 蓝钢杰 变频器在注塑机节能中的应用[会议论文]-2. 周建斌.罗飞.叶力勤 自学习注塑机变频节能控制系统[期刊论文]-轻工机械2003(1)
3. 张友根.ZHANG You-gen 提高注塑机电能利用率技术的研究和应用[期刊论文]-塑料工业2011,39(5)
4. 冯刚.江平.Feng Gang.Jiang Ping 变频技术和变量泵在注塑机节能方面的应用研究[期刊论文]-工程塑料应用2011,39(3)
5. 刘武.胡雁南 变频节能器在定量泵注塑机的应用功效[期刊论文]-国外塑料2007,25(12)6. 段宏伟.DUAN Hong-wei 塑料注射成型机加热装置的热损耗分析[期刊论文]-农机化研究2005(3)
7. 宋春华.李发蓉.邓斌.柯坚.SONG Chun-hua.LI Fa-rong.DENG Bin.KE Jian 注塑机驱动节能技术分析[期刊论文]-塑料工业2008,36(6)
8. 梅允福 无毒增塑剂的生产和应用[期刊论文]-节能与环保2004(12)
9. 张友根.ZHANG You-gen 注塑机节能技术的现状和展望(一)[期刊论文]-包装工程2008,29(3)
10. 李珊红.李彩亭.邓久华.崔箫.肖辰畅 线路板生产丝印区有机废气的净化[期刊论文]-环境工程2005,23(3)
1.佘匡华.陶振刚.廖秋慧 注塑机节能技术研究与应用[期刊论文]-工程塑料应用 2013(11)
引用本文格式：陶文勇.孙立中.TAO Wen-yong.SUN Li-zhong 注塑机节能中变量泵与变频技术的应用现状[期刊论文]-塑料工业 2011(5)
