华测能源注塑机伺服节能改造方案

华测能源注塑机伺服节能改造方案华测能源注塑机伺服节能改造方案1.1.引导引导对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一机是塑料制品厂的主要能耗设备之一，，因此降低注塑机的能耗因此降低注塑机的能耗、、提高提高生产效率成为注塑行业降低成本生产效率成为注塑行业降低成本、、提高产品竞争力的有效途径提高产品竞争力的有效途径。。目前目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机，，液压传动系统中的动力由液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供电机带动油泵提供。。在注塑周期的过程中在注塑周期的过程中，，注塑机在不同工序下需要注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同的流量和压力不同，，必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力量和压力。。液压系统的负荷变化很大液压系统的负荷变化很大，，传统注塑机采用定量泵传统注塑机采用定量泵，，不能不能调节输出转速和功率调节输出转速和功率，，因此多余的能量只能在挡板因此多余的能量只能在挡板、、油路泄露油路泄露、、油的油的温升中消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高温升中消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高，，电电机噪音过大机噪音过大，，以及机械寿命缩短等现象以及机械寿命缩短等现象。。并且通常在设计中并且通常在设计中，，用户油用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多泵电机设计的容量比实际需要高出很多，，存在存在““大马拉小车大马拉小车””的现象的现象，，造成电能的大量浪费造成电能的大量浪费。。因此注塑机进行伺服节能改造因此注塑机进行伺服节能改造，，对于减少能源对于减少能源浪费提高生产效率具有重要意义。浪费提高生产效率具有重要意义。注塑机整体图注塑机整体图2.2.注塑机节能改造注塑机节能改造在注塑机的伺服系统节能改造中，华测能源以伺服电机在注塑机的伺服系统节能改造中，华测能源以伺服电机++齿轮泵齿轮泵系统替代原有的异步电机系统替代原有的异步电机++定量泵进行改造。定量泵进行改造。节能原理节能原理：：注塑工艺过程一般为锁模注塑工艺过程一般为锁模、、射胶射胶、、溶胶溶胶、、保压保压、、冷却冷却、、开模等几个阶段开模等几个阶段，，各个阶段需要不同的压力和流量各个阶段需要不同的压力和流量。。传统的油泵马达传统的油泵马达按最高压力和设备需求确定功率，以恒定的转速提供恒定的流量按最高压力和设备需求确定功率，以恒定的转速提供恒定的流量，，多多余的液压油通过溢流阀回流，很多能量就这样浪费掉了。余的液压油通过溢流阀回流，很多能量就这样浪费掉了。伺服在锁模、保压、冷却等阶段能输出最大压力但保持速度接近伺服在锁模、保压、冷却等阶段能输出最大压力但保持速度接近零速零速，，因而功率消耗最小因而功率消耗最小。。在需要低速射胶的场合下在需要低速射胶的场合下，，例如社交速度例如社交速度是最高速度的是最高速度的30%30%，大约可以节约，大约可以节约70%70%的能量。的能量。而而伺服电机为高效率伺服电机为高效率稀土永磁同步电机稀土永磁同步电机，，传统油泵电机为三相异步电机传统油泵电机为三相异步电机。。因三相异步电机因三相异步电机效率和功率因素低效率和功率因素低，，在注塑机的平均工况下在注塑机的平均工况下，，伺服电机比传统油泵电伺服电机比传统油泵电机效率高机效率高10%10%。。注塑机工序图和能耗对照图注塑机工序图和能耗对照图能耗对比主要表现在射胶保压、熔胶、冷却等工序中：能耗对比主要表现在射胶保压、熔胶、冷却等工序中：射胶阶段：射胶阶段：动作要求动作要求：：匀速射出匀速射出，，速度精度高速度精度高，，射出量精确控制射出量精确控制，，射满模腔后立即转为压力射满模腔后立即转为压力控制进入保压过程控制进入保压过程机型机型动作的实现动作的实现能量消耗分析能量消耗分析传统油压机传统油压机采用调节阀门采用调节阀门，，部分流量部分流量进入开合模油缸推动锁进入开合模油缸推动锁模动作模动作，，其余流量经节流其余流量经节流阀回流采用调节阀门阀回流采用调节阀门，，部部分流量进入射胶油缸推分流量进入射胶油缸推动射胶动作动射胶动作，，其余流量经其余流量经节流阀回流。节流阀回流。异步电机带动油泵以亚异步电机带动油泵以亚同步速转动同步速转动，，合模动作消合模动作消耗部分流量耗部分流量，，回流部分能回流部分能量为浪费的能量异步电量为浪费的能量异步电机带动油泵以亚同步速机带动油泵以亚同步速转动转动，，射胶动作消耗部分射胶动作消耗部分流量流量，，回流部分能量为浪回流部分能量为浪费的能量费的能量。。由于射胶动作由于射胶动作对压力和速度都有要求对压力和速度都有要求，，因而电机负载较重因而电机负载较重，，从电从电网取用功率很大网取用功率很大，，能量损能量损失也比较大失也比较大伺服式电液混合节能型伺服式电液混合节能型伺服器调节油泵速度伺服器调节油泵速度，，供供油速度等于推动射胶动油速度等于推动射胶动作所需要的油量作所需要的油量，，完全没完全没有溢流有溢流，，并且可以精确控并且可以精确控射胶阶段中电机效率可射胶阶段中电机效率可达达90%90%以上，由于效率高以上，由于效率高并且没有溢流并且没有溢流，，所以此阶所以此阶段能量消耗较大段能量消耗较大，，但没有但没有制射胶动作的行程距离制射胶动作的行程距离。。多余的消耗。多余的消耗。保压阶段：保压阶段：动作要求：恒定压力控制，确保产品成型密度一致动作要求：恒定压力控制，确保产品成型密度一致机型机型动作的实现动作的实现能量消耗分析能量消耗分析传统油压机传统油压机控制高压节流阀调节压控制高压节流阀调节压力，实现恒压控制。力，实现恒压控制。异步电机带动油泵以亚异步电机带动油泵以亚同步速转动同步速转动，，所有流量均所有流量均经节流阀回流经节流阀回流。。此时所需此时所需油压很大油压很大，，电机从电网的电机从电网的取用功率很大取用功率很大，，并且所有并且所有能量都被浪费。能量都被浪费。伺服式电液混合节伺服式电液混合节能型能型伺服器调节油泵速度至伺服器调节油泵速度至接近零速接近零速，，并且转入力矩并且转入力矩控制，精确保持压力。控制，精确保持压力。此时电机输出力矩较大此时电机输出力矩较大，，但转速接近零速但转速接近零速，，所以几所以几乎不输出功率乎不输出功率，，从电网取从电网取用的功率仅几百瓦。用的功率仅几百瓦。熔胶、冷却阶段：熔胶、冷却阶段：动作要求：熔胶时进行速度控制，要求尽可能较快地将射台推出至适当的位置动作要求：熔胶时进行速度控制，要求尽可能较快地将射台推出至适当的位置，，同时螺杆将足够量的熔胶推出至射口处，并且要求射台推出时有一定的背压同时螺杆将足够量的熔胶推出至射口处，并且要求射台推出时有一定的背压。。为为节省时间节省时间，，熔胶与冷却一般同时进行熔胶与冷却一般同时进行，，但如果冷却时间较长但如果冷却时间较长，，会出现熔胶结束后会出现熔胶结束后仍需等待冷却的空等时间。仍需等待冷却的空等时间。机型机型动作的实现动作的实现能量消耗分析能量消耗分析传统油压机传统油压机采用调节阀门采用调节阀门，，部分流量部分流量进入液压马达驱动螺杆进入液压马达驱动螺杆，，部分进入射胶油缸推动部分进入射胶油缸推动射台回程动作射台回程动作，，其余流量其余流量经节流阀回流经节流阀回流异步电机带动油泵以亚异步电机带动油泵以亚同步速转动同步速转动，，在熔胶阶段在熔胶阶段溢流较少溢流较少，，此时功率消耗此时功率消耗较大，能量损失较少较大，能量损失较少。。但但在在““空等空等””时段时段，，所有流所有流量均经节流阀回流量均经节流阀回流，，功率功率消耗较大消耗较大，，所有能量都被所有能量都被浪费浪费伺服式电液混合节伺服式电液混合节能型能型伺服器伺服器调节油泵速度调节油泵速度至至最佳速度最佳速度，，精确控制精确控制射台射台和螺杆速度。和螺杆速度。熔胶阶段需要流量和压熔胶阶段需要流量和压力都较大力都较大，，此时功率消耗此时功率消耗较大，但实际效率接较大，但实际效率接近近90%90%，功率损耗很小。，功率损耗很小。在在到达到达““空等空等””时段时时段时，，运运动系统需要的净流量为动系统需要的净流量为零零，，伺服器调节油泵速度伺服器调节油泵速度至接近零速至接近零速，，并且转入力并且转入力矩控制，稳定保持压力矩控制，稳定保持压力。。此时电机输出力矩较大此时电机输出力矩较大，，但转速接近零速但转速接近零速，，所以几所以几乎不输出功率乎不输出功率，，从电网取从电网取用的功率仅几百瓦。用的功率仅几百瓦。33．伺服系统的节能原理．伺服系统的节能原理伺服节能伺服节能：：根据流体力学计算公式油泵的输出功率：根据流体力学计算公式油泵的输出功率：Pt=pPt=p××Qt=pQt=p××VV××nn（（11））而油泵的理论转矩而油泵的理论转矩::Tt=[1/(2Tt=[1/(2ππ)])]××pp××VV（（22））式中式中pp为压力（单位为压力（单位MP)MP)，，QtQt为流量，为流量，VV为油泵排量（油泵为油泵排量（油泵每转排出的油量每转排出的油量L/RapL/Rap）），，nn为油泵转速为油泵转速（（转转//秒秒））将将（（22））式代入式代入（（11））式得式得::Pt=2Pt=2π×π×TtTt××nn（（33））在同样的油泵和同样的系统压力下，油泵的输出功率跟电机在同样的油泵和同样的系统压力下，油泵的输出功率跟电机转速、转矩完全成正比例。传统注塑机使用额定转速转速、转矩完全成正比例。传统注塑机使用额定转速15001500转的转的44极极电机电机，，输出转速不可调节输出转速不可调节。。如果改成可控制的伺服系统如果改成可控制的伺服系统，，可以完全根可以完全根据系统当前的流量要据系统当前的流量要求进行速度控制求进行速度控制，，根据当前的压力要求控制转矩根据当前的压力要求控制转矩输出输出。。比如比如：：注塑机系统使注塑机系统使用用64c64ccc的油泵的油泵，，系统最大压力要系统最大压力要求求175bar175bar，，此时传统油泵的输出功率约为此时传统油泵的输出功率约为28kw28kw。改用伺服系统，如果在熔胶动。改用伺服系统，如果在熔胶动作下系统要求作下系统要求50%50%的系统压力和的系统压力和50%50%的熔胶速度，此时的输出功率就的熔胶速度，此时的输出功率就会变为会变为7KW7KW左右，省电左右，省电75%75%。。动态功率因数补偿节能动态功率因数补偿节能：：伺服系统相比伺服系统相比普通定量泵注塑机普通定量泵注塑机，，由于伺服由于伺服内部滤波电容的作用内部滤波电容的作用，，功率因数功率因数提高了提高了0.1-0.30.1-0.3减少了无功损耗减少了无功损耗，，增增大了电网的有功功率。大了电网的有功功率。软启动节能软启动节能：：普通注塑机普通注塑机，，由于电机为直接启动或由于电机为直接启动或Y/Y/△△启动启动，，启动启动电流等于电流等于(3-7)(3-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击的冲击，，而且还会对电网容量要求过高而且还会对电网容量要求过高，，启动时产生的大电流和震动启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利时对设备的使用寿命极为不利。。而使用伺服系统后而使用伺服系统后，，利用伺服驱动的利用伺服驱动的电流控制特性电流控制特性，，将使启动电流从零开始将使启动电流从零开始，，最大值也不超过系统最大压最大值也不超过系统最大压力要求的电流力要求的电流，，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，，延长了设延长了设备和模具的使用寿命。备和模具的使用寿命。4.4.伺服改造的控制系统伺服改造的控制系统注塑机专用伺服系统举例说明改造过程：首先要把原系统的普通注塑机专用伺服系统举例说明改造过程：首先要把原系统的普通异步电机和定量油泵换为伺服电机以及内齿轮啮合泵异步电机和定量油泵换为伺服