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1、I变频器在注塑机节能控制系统的应用研究 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：变频器在注塑机节能控制系统的应用研究学习中心： 奥鹏宜宾直属学习中心 层 次： 专 升 本 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2012年01春季 学 号： 121237309675 学 生： 杨 光 麟 指导教师： 高 国 娟 完成日期： 2013 年 11月 16 日 112内 容 摘 要2013年节能降耗,保护环境已经成为国家重要发战略。电能做为能源当中最主导能源使用。就当今社会所关心的节能减排与低碳发展问题，本次研究结合塑胶注塑加工行业，论述了采用变频器与注塑机相结合的一种节能增效方案
2、。近几年塑料行业发展越来越迅速，其中注塑行业也正迎来一个飞速发展的机遇。从注塑机加工工艺过程知道，在注塑成型产品成本中电能量消耗成本占了很大的比例，因而能否有效减少电能损耗受到各注塑机厂家和用户关注。随着变频调速技术的推广，变频调速在传动控制和节能领域已日渐得到广泛应用，尤其在泵类负载场合采用变频控制节能效果显著，本文注塑机专用变频器为例介绍了注塑机变频改造可行性和改造中常出现的问题及处理方法，举例说明了注塑机变频改造节电效果及收回情况。关键词：注塑机；变频器；调速；控制。引 言习近平总书记指出“大力推进节能减排，积极开发新能源，这是贯彻落实科学发展观、促进经济社会可持续发展的重大举措”。温家
3、宝总理在全国人大十一届三次政府工作报告中明确指出：“要积极应对气候变化，大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设” 1。目前世界每一个国家都面临着资源溃乏，为了避免可能出现的能源危机，解决日益严重的环境问题，不仅需要大规模开发新能源，而且社会发展过程中更要节约使用能源。因此，本人以所在的塑料加工行业为例，选取变频器在注塑机节能控制的应用研究为课题，在设计这种系统时，在用设备在厂家购买回来并没有任何节能措施，注塑机液压油泵的使用效率只有5060%左右%，而注塑机液压油泵大多又是一些大功率电机来带动，少则几十KW，有的甚至达到上百KW，如果没有任何的节能措施
4、，设备在使用过程中将会造成极大的电源浪费。如上所述，针对目前注塑机行业的这种发展趋势，本文论述的节能方案，在原理上，采用变频技术，降低注塑机在冷却或待机时液压油泵电动机的动转速度，降低设备的工作电流，既能保证设备工作时所需的正常压力需求，又提高了电机的运行平稳性，从而实现了三相异步电动机的平稳、低耗的运行，达到了节能的目的。1 绪 论1.1 课题的背景和意义任何一种能源的开发利用都会给环境造成影响，以化石燃料为代表的常规能源造成的环境问题尤为严重，主要表现在大气污染、温室效应、酸雨。当今能源日益紧张，环境日趋恶化。节能减排，改善人类生存的环境，已经成为越来越多人们的所共识。电能是所有能源种类中
5、最易被人类使用的一种能源，也是很多其它能源所转换的一个对象，因此，对电能的节约，也就是相应的节约了其它类型的一次性能源，比如煤、油、气等非再生能源。.1.2 注塑机加工行业中国内发展现状注塑成型是将热塑性或热固性塑料制成各种塑料制件的主要成型方法之一，它是将粒状或粉装塑料加入注塑机的料斗内进入注塑机机筒，在注塑机机筒的热传递和螺杆剪切热的作用下塑料逐渐熔融塑化，然后在注塑机的螺杆或柱塞的压力推动下，呈粘流态的物料经喷嘴注射到由注塑机锁模机构闭合好的模具型腔内，并在注射压力或发泡膨胀的作用力下充满型腔，经冷却定型，由锁模机构打开模具并顶出制品，从而获得具有一定形状和尺寸精度的塑料制品。与其他成型
6、方法相比，注塑机可以一次成型出各种结构复杂，尺寸精确或带有嵌件的塑料制品，对各种塑料加工的适应性强，成型同期短，可多腔成型，生产效率高，易于实现自动化，所成型的制品经过很少修饰或不修饰即可满足用户的需要。国此，塑料注射成型得到了广泛应用，就世界范围来说，注塑成型的塑料制品占塑料总产量的30%，注塑机的产量占塑料机械总台数的50%以上，所以对注塑机的节能改造迫在眉睫。1.3变频器在注塑机进行节能控制的情况与未来发展趋势变频器节能型液压控制系统采用变频器控制注塑机液压油泵传动三相异步电动机，从而驱动定量液压泵，通过变频器改变电动机转速，达到改变液压油泵的输出流量的目的。在国内，变频液压技术主要用于
7、对原有注塑机液压系统进行改造，其应用降低了原有注塑机的电能损耗。它的优点在于以下三个方面：（1）节能。利用变频器改变液压油泵的转速，使泵的输出流量与注塑机工艺流程所要求的相匹配，可以使溢流损失降至最低，有效地节约了能源。同时，由于，由于注塑机变频调速系统一般选用定量泵，与变量泵相比，定量泵效率更高，故液压系统回路效率更高，与传统的阀控节流调速相比可节能3060%左右，特别是在注塑机冷却时还可以将泵完全停止，降低了电动机与泵的空载损耗，具有比变量泵系统更大的节能潜力，别外，使用变频器液压技术可显著提高使用电流的功率因素，降低无功电流，从而降低线路损耗。（2）对原有注塑机液压系统改造量最小。只需给
8、传统注塑机的液压油泵电动机加装变频器，就可以完成改装，对成熟的液压系统不需进行更改，改造难度较小，并且变频器是一个成熟的技术，维护保养方便。（3）降低噪音。液压油泵电动机和油泵不必在工频情况下长期运行，注塑机工作时大部分时间转速较低，甚至在冷却时可以完全停止，大大减少了噪声污染，改善工作环境。2 注塑机工作原理注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。 注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却开模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。 塑
9、化部件螺杆料筒注射座注射部件2.1 注塑机的基本组成 .螺杆头注射油缸座移油缸射嘴注塑机组成液压马达合模装置调模装置合模部件顶出装置机 身泵、液压马达、阀液压系统储油箱、冷却器、油管等加热系统电脑控制板、显示器冷却系统料筒温度控制控制系统液压泵电机控制加料装置故障检测报警控制安全保护装置图2.1 注塑机基本组成2.2 注塑机的工作原理 注塑成型机简称注塑机，注塑成型是利用塑料的热物理性质，把塑胶料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，再由油马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物
10、料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压，将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出落下，注塑成型是一个循环过程。保压注射注射座前进闭模制品顶出开模冷却退回塑化塑化退回固定塑化图2.2 注塑机工作原理3 变频器工作原理3.1 三相电动机调速方式按照电机学原理，三相异步电动机转速公式3： n=n1(1-s)=60f/p(1-s) (3-
11、1)式中：n步进电动机的转速；f异步电动机的频率；S电动机转差率；p电动机极对数。由三相异步电动机转速公式可见，异步电动机有下列3种调速方式4：（1）变极调速异步电动机正常运行时的转速n接近同步转速n1，由于n1=60f/p,在电源频率一定的情况下，改变定子绕组的极对数p，同步转速n1就发生变化，电机转速n也随之变化，若极对数增加一倍，同步转速就减少一半，电动机减速也减少一半，显然，变极调速只能做到一级一级地调速，而不能平滑调速。（2）变转差率调速这种调速方式由三相异步电动机、电磁转差离合器、测速发电机和控制装置组，电动机本身并不调速，通过改变电磁转差离合器的励磁电流来实现调速，此类调速平滑，
12、可以进行无级调速，当负载或电机受到突然的冲击时，离合器可以起到缓冲作用，结构简单，造行可靠。但因传递效率低，故最大输出功率达不到电机的额定功率，并且随着输出转速的降低，传递效率相应降低，由于剩磁的存在，当负载转矩小于10%的额定转矩时可以失控，不适用于恒功率负载。（3）变频调速转速n于频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的一种理想的高效率、高性能的调速手段。其作用是通过改变电源频率来改变电机的转速，变频调速效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范
13、围大，特性硬，精度高；适用于要求精度高、调速性能较好场合。3.2 变频器的基本组成 变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。 整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。高容量电容：存储转换后的电能。逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。.图3.1 变频器基本组成 变频器主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流
14、源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。（1）整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。（2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。（3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外
