1、SAJ-8000Y 变频器在注塑机中的应用:注塑机工作原理：电动机带动油泵从油箱吸油并加压输出，经各种控制阀控制油的压力、流量和方向，以保证工作机构以一定的力(或扭矩)和一定的速度按所要求的方向运动。从而实现注塑的各过程。耗能所在：定量泵注塑机油泵速度不可调 ，多余的油经溢流排入油箱。传统定量泵注塑机通常在需要改变负载流量和压力时，用阀门调节，这时输入功率变化不大，大量能量以压力差的形式损耗在阀门上，产生溢流。SAJ-8000Y 变频器可根据注塑机当前的工作状态，如锁模、射胶、熔胶、开模、顶针等阶段以及压力和速度的设定要求，自动调节油泵的转速，调节油泵供油量，使油泵实际供油量与注塑机实际负载流
2、量在任何工作阶段均能保持一致，使电机在整个变化的负荷范围内的能量消耗达到所需的最小程度，彻底消除了溢流现象，并确保电机平稳、精确地运行。根据注塑机的工艺过程，画出系统油压 P 与时间 t 的关系图如下图：由图可见，合模和脱模，开模系统所需油压较低，且时间较短；而注射，保压，冷却系统所需油压较高，且时间较长，一般为一个工作周期的 40%60%，时间的长短与加工工件有关；间歇期更短，这也与加工工件的情况有关，有时可以不要间歇期。以上的图只是一种简单的近似表示，实际上，如果注射的螺杆用油马达驱动，注射时的系统油压会高一些。注塑机加工工件的重量，从数十克到数万克不等，最大注塑机已到 92000 克。因
3、此，注塑机就有中，小型和大型之分，加工数十克的小工件和加工数千克的大工件一个周期的时间也是不相同的；就是对同一台注塑机，加工工件的原料不同，各段工艺流程中所需的压力和时间也是变化的。这些工艺参数的设定，是由现场技术员根据经验数据和试验的情况制定的。从上图可见，一个周期工作流程中，负载的变化导致系统压力变化比较大，但油泵仍在50Hz 运行，其供油量是恒定不变的，多余的液压油经溢流阀流回油箱，做无用功，白白地浪费了电能。对油泵进行变频调速，将定量泵改变为类似变量泵的特性。系统所需压力较高时，油泵电机 50Hz 运行，所需压力较小时，变频器降频运行。电机输出的轴功率与油泵的出口压力和流量的乘积正比，
4、油泵电机转速降低后，输出轴功率降低，就可以达到有效节能，一般节电率在 20%50%。使用 SAJ-8000Y 变频器同时可使注塑机油泵电机实现软起动，提高电机的功率因数COS，动态调整注塑机马达的输出功率等达到节能的目的。1、改造前 注塑机的耗电量与马达性能、模具、原料等各种工况密切相关。依我们改造的经验，负载率在 60%左右，即市电运行实耗功率按油泵马达功率的 55%。故改造前该机油泵马达每小时的耗电量为：45KW X 55% 24.75（度/小时）电费计价￥0.85 元/度，使用时间按每月 30 天,每天 20 小时，则每月注塑机油泵马达部分的电费约为：24.75 度 /小时 X30 天
5、X20 小时 X ￥0.85 元/度￥12,622.5 元/月2、改造后改造后注塑机的节电率按平均 30%核算，则每月回收效益为: ￥12,622.5 X 30% = ￥3,786元/月年回收效益为:￥3,786 元/月 X 12 月 = ￥45,432 元 以上仅为举例说明，具体数据以贵司试机实测数据为准。一般情况下，贵司所有投资可于 610 个月内通过电费节省回收。( 回收期与贵司的开机率相关) 附:安装尺寸(单位:mm)机型 W H H1 DV7R5Y3V011Y3242 614 65 200V015Y3V018Y3315 785 65 300V022Y3V037Y3V045Y3370
6、877 65 300V055Y3V075Y3478 998 65 300如图所示:摘要： 我国的电动机用电量占全国发电量的 6070，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的 1/3.造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为 2050，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比
7、实际需要高出很多，存在“大马拉小车” 的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显著。 关键词： 变频器 调速装置 风机 水泵我国的电动机用电量占全国发电量的 6070，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的 1/3.造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节
8、电率为 2050，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车” 的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显著。采用变频器驱动具有很高的节能空间。目前许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式，中国国家能源法第 29 条第二款也明确规定风机泵类负载应该采用电力电子调速。变频调速节能装置的节能原理1、变频节能由流体力学可知，P （功率）=Q（流量） H（压力），流量 Q 与转速 N 的一次方成正比，压力 H 与转速 N 的平方成正比，功率 P 与转速 N 的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速 N
9、可成比例的下降，而此时轴输出功率 P 成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为 55KW，当转速下降到原转速的 4/5 时，其耗电量为28.16KW，省电 48.8，当转速下降到原转速的 1/2 时，其耗电量为 6.875KW，省电 87.5。2、功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式 P=SCOS，Q=SSIN，其中 S视在功率，P有功功率，Q无功功率，COS功率因数，可知 COS越大，有功功率 P 越大，普通水泵电机的功率
10、因数在 0.6-0.7 之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COS1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。3、软启动节能由于电机为直接启动或 Y/D 启动，启动电流等于（-7 ）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，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时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。1、变频节能：为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计
11、配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。 当电机转速从 N1 变到 N2 时，其电机轴功率 （P）的变化关系如下： P2 P1 = （N2/N1）3 ，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。 2、动态调整节能： 迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有 5000 次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。 3、通过变频自身的 V/F 功能节电： 在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节 V/F 曲线。减少电机的输
12、出力矩，降低输入电流，达到节能状态。 4、变频自带软启动节能： 在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从 0 - 电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。 5、提高功率因数节能： 电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。 采用变频节能调速器后，由于其性能已变为： AC DC A
13、C，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗 、压铸机控制系统的流量及压力控制方式分析在压铸机的液压系统中，液流的流量、压力和方向是最基本的控制量，其中流量和压力直接决定了系统的输出功率和成型工艺。按照对工作流量和压力的不同要求，可将压铸机的运行状态分为流量控制状态和压力控制状态。流量控制状态以稳定控制工作回路中的流量并使之达到压铸机的设定值为目的，而工作回路中的压力将小于压铸机设定压力，比如压铸机的快速锁模就属于该状态。压力控制状态以稳定控制工作回路中的压力为目的。在该状态下，工作压力接近或等于压铸机设定压力，而实际工作流量很小，如压铸
14、机的高压锁模及保压等阶段，系统过载、油缸推力不足时也属于该状态。1 传统定量泵压铸机如图一，该系统采用定量泵供油，油泵转速 n 及油泵排量 Vb都不可调，其油路中的各流量及压力分别为：油泵流量 QbV bn 为定值；油泵压力 Pb由比例溢流阀设定；工作流量 Q1由比例调速阀设定；工作压力 P1F/A 1取决于工作负载 F；图一 油路系统原理图 图二 能量损耗图A1：油缸无杆腔活塞面积 F：工作负载 Q 1：工作流量 P 1：工作压力p：比例调速阀两端的压力差 Q y：比例溢流阀流量 P b：油泵压力 Qb：油泵流量 V b：油泵排量 n：电动机转速 l 流量控制状态系统在流量控制状态时，因油泵
15、流量 QbV bn 为定值，除一部分流量 Q1经比例调速阀进入工作回路外，其余流量 Qy都经比例溢流阀排回油箱。l 压力控制状态系统处于压力控制状态时，因工作流量 Q1极小，油泵流量 QbV bn 的绝大部分都要经比例溢流阀流回油箱，以此维持油泵压力 Pb达到设定值，能量浪费巨大。可以看到，传统的定量泵油路系统必会存在节流及溢流能量损失，用公式表示为：PQ 1P bQy （参见图二）上述能量损失的原因究其本质有两个，即流量不适应过多的流量流入了油路系统；压力不适应供油压力大于工作压力，以补偿比例调速阀的节流压降。2 （ROSUN）变频控制压铸机如图三，该系统采用矢量变频器驱动电机及定量泵，取消
16、了传统油路中的比例调速阀及比例溢流阀。油路中的调速功能由矢量变频器直接控制电机及油泵转速来完成，而压力控制由压力传感器和变频器的构成闭环 PID 功能来完成。因此，变频器的频率给定信号以压铸机流量及压力信号为准。另外，根据产品工艺及成本控制的需要，电机可选用加装速度编码器的普通电机或变频专用电机。图三 油路系统原理图A1：油缸无杆腔活塞面积Pb：油泵压力n：电动机转速F：工作负载Qb：油泵流量l 流量控制状态当油泵流量 Qb接近或达到压铸机的设定值时，油路系统进入流量控制状态，变频器的输出频率与压铸机的流量设定值成正比。在此过程中，油泵流量 QbV bn 始终与工作回路的需要相适应，无需比例阀
17、调速，也没有多余流量溢出，可从根本上消除节流及溢流能量损失。需指出的是，在传统定量泵油路中（参见图一），系统处于流量控制状态时，油泵压力 Pb必定大于工作压力 P1，它们之间需要产生足够压力差P 来驱动比例调速阀工作，这是调速阀的工作特性。而（ROSUN）变频压铸机是通过调节油泵转速直接控制油泵流量，而油泵压力 Pb取决于工作负载，即 Pb F/A 1。由此，负载需要多少流量、压力，油泵就相应输出多少，实现了负载自适应控制，无能量损失。l 压力控制状态如下图四，变频器控制系统配备一块智能压力转换卡，可根据压铸机压力反馈值的大小，自动转换压铸机的流量控制及压力控制状态。当油泵压力 Pb接近或达到
18、压铸机设定值时，油路油路进入压力控制状态，这时仍用流量设定值来控制变频器频率显然是不合适的。变频器将通过压力传感器实时监控到这一压力变化，并与压铸机的压力设定值做比较。当它们差值很小时，变频器的智能转换卡会及时将变频器切换到压力控制状态。此时，变频器的输出频率将与该压力差值成正比。因差值很小，变频器的输出频率及电机转速将迅速降低，油泵仅维持很小的流量输出，以弥补油路中的各种泄漏损失，并通过 PID 功能保持系统压力恒定。图四 变频器智能转换卡原理图3 变量泵压铸机目前，变量泵压铸机多采用比例变量泵作驱动元件，属于典型的容积式调速系统，相比传动定量泵压铸机有较明显的节能效果。如图五，该系统由负载
19、敏感型比例变量柱塞泵、比例溢流阀、比例调速阀、压力反馈阀、流量反馈阀等部分组成。图五 油路系统原理图A1：油缸无杆腔活塞面积 F：工作负载 P 1：工作压力 Q 1：工作流量P：比例调速阀两端的压力差 P b：油泵压力 Q b：油泵流量 n：电动机转速l 流量控制状态系统处于流量控制状态时，油泵压力 Pb大于工作压力 P1且小于压铸机设定压力，比例溢流阀将可靠关闭。当负载变化时，P b与 P1之间的压力差P 会有相应波动，并使工作流量 Q1发生变化。以上变化通过流量、压力反馈阀传递给变量泵的调整活塞。活塞随之推动柱塞泵斜盘并改变油泵排量，最终稳定泵的输出流量 Qb。由此看出，该系统实现了压力自
20、适应控制，基本上没有溢流损失，但为了控制工作流量 Q1，调速阀上仍存在一定节流损失。l 压力控制状态系统处于压力控制状态时，变量柱塞泵的斜盘倾角很小，仅有少量的液压油流过比例溢流阀，保证形成一定的系统压力。通过改变比例溢流阀的输入信号，就可以得到相应的油泵输出压力。比起传统定量泵压铸机，该控制方式在一定程度上减小了溢流损失。通过以上三种控制方式的分析可以看出：（1）传统定量泵压铸机存在着相当严重的能源浪费情况。据以往统计数据显示，其最高工作效率不会超过 40，对这种压铸机的节能改造势在必行；（2）变量泵压铸机是从液压元件的角度出发，挖掘油路上的节能改造空间，从而提高了油路系统的工作效率。但受其
21、控制方式限制，该系统不能完全消除节流、溢流损失。（3）（ROSUN）变频压铸机从电气控制的角度出发，从调速方式上改造传统油路，利用现代电控系统精确、快速、可靠的特点，可从源头上消除节流损失并减少溢流算损失。二、系统响应及加速过程分析以上三种系统的控制方式差异较大，也决定了它们对指令的响应速度有快有慢。下文将对此方面作出具体分析。图六 比例调速阀 PQ 特性 图七 比例溢流阀 PQ 特性如图六，比例调速阀的流量 Q 是由阀两端的压力差P 建立起来的。显然，压力差P越大，其油路加速就越快。又由图七，比例溢流阀的压力 P 是随着溢流 Q 的增大而提高的。由此得出结论：在同样设定下，溢流量越多，调速阀
22、两端的压力差就越大，加速也就越快。很明显，定量泵的溢流量总会大于变量泵，其调速阀两端的压力差P 也要大些。所以，同样设定下，定量泵系统要比变量泵系统加速快，承受负载的能力更强。对（ROSUN）变频压铸机来说，因为比例调速阀取消，工作负载通过液压油直接传递到泵体上，其系统加速过程主要由变频器和电机的加速性能决定。香港锋利盛国际集团生产的 ROSUN 系列矢量变频器具有输出转矩大、响应快等特点。变频器在 PG 矢量控制状态下0 转速仍有 180%的额定转矩输出，而变频器完全建立额定转矩的时间只需 0.1 秒。另外，矢量变频技术的一个突出优点就是可使电机获得较硬的机械特性，这使电机在负载突变时仍能保
23、持相应的转速。根据我公司以往的无 PG 矢量变频器在压铸机节能工程上的应用表明，改造后的系统加速性能和改造前的定量泵系统不差上下。由上得出，三种控制系统中，传统定量泵压铸机、（ROSUN）变频压铸机的系统加速性能及承受负载能力要优于变量泵系统，其产品成形周期也要短些。三、节电率分析无论是变量泵压铸机还是（ROSUN）变频压铸机，都是为了改变传统定量泵压铸机能耗大、效率低的缺点而发展起来的，因此节电率是比较两个系统优劣的至关重要的参数。若油泵的输出流量、输出压力、排量、转速分别表示为 Q、P、V b、n，则油泵的输出功率N 用公式表示为：N = Q*P = Vb*n*P由前面的分析可知，变量泵压
24、铸机是通过改变油泵排量 Vb节省能耗，（ROSUN）变频压铸机则是通过改变油泵转速 n 达到节能目的。通过变频器的闭环矢量调速功能，（ROSUN）变频压铸机的油泵转速 n 可实现 0 到额定转速之间线性调节范围，尤其是在压铸机待机及无动作情况下（如冷却阶段），电机及油泵转速可降至 0，基本无能耗损失。值得注意的是，油泵在低转速时的容积效率会下降，这在一定程度上会影响了节电效果。对此，我们将通过提高变频器低频增益的方法来改善这种情况。而且，实际生产中流量低于 20的情况是极少的，所以油泵转速也不可能出现过低的情况。变量泵压铸机是通过机械装置调整油泵排量 Vb的，显然其可调节的线性范围有限，不能实
25、现零排量输出。且任何情况下，电机都是全速运转，有很多无谓的能量损失。从我公司的一些压铸机节能改造实例来看，对变量泵压铸机进行变频节能改造仍会有 5%20%的节电率。由此可见，（ROSUN）变频压铸机的节电率要高于变量泵压铸机。四、成本及维护保养分析控制方式比较项目定量泵压铸机 变量泵压铸机 （ROSUN）变频压铸机启动方式Y/ 启动，启动电流大电机功率因数低对电网及油路冲击大Y/ 启动，启动电流大电机功率因数低对电网及机械冲击大变频软启动，启动电流小改善电机功率因数对电网及机械冲击小维修保养定量泵及通用比例阀故障率低维修成本低变量泵及配套比例阀故障率中泵体维修费用高定量泵、变频器及比例阀故障率中维修费用中机械元件损耗电机、油泵始终全速运行流量及压力供应过剩机械元件损耗大电机、油泵始终全速运行油泵排量自适应调节机械元件损耗中电机、油泵变速及停止运行加减速斜坡可调机械元件损耗小油温及冷却水 液压油始终大量循环油温高，冷却水消耗大 液压油变量循环油温中，冷却水消耗中 液压油变量及停止循环油温低，冷却水消耗低平均噪音电机及油泵运行平稳平均噪音中油泵有机械调节装置平均噪音高电机软启动无动作时不转动平均噪音低液压油成本 对液压油要求低更换频率低 对液压油要求高更换频率高 对液压油要求低更换频率低
