变频注塑机方案（速度+压力闭环）

图五 油路系统原理图

A₁：油缸无杆腔活塞面积 F：工作负载 P₁：工作压力 Q₁：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P_b大于工作压力P₁且小于塑机设定压力，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Q_b。由此看出，该系统实现了压力自适应控制，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。比起传统定量泵注塑机，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）传统定量泵注塑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％，对这种注塑机的节能改造势在必行；

（2）变量泵注塑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。但受其控制方式限制，该系统不能完全消除节流、溢流损失。

（3）变频注塑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

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。

对变频注塑机来说，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。英威腾电气有限公司生产的CHV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持相应的转速。根据我公司以往的无PG矢量变频器在注塑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，传统定量泵注塑机、变频注塑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

无论是变量泵注塑机还是变频注塑机，都是为了改变传统定量泵塑机能耗大、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：

由前面的分析可知，变量泵塑机是通过改变油泵排量V_b节省能耗，变频注塑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，变频注塑机的油泵转速n可实现0到额定转速之间线性调节范围，尤其是在塑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。

变量泵注塑机是通过机械装置调整油泵排量V_b的，显然其可调节的线性范围有限，不能实现零排量输出。且任何情况下，电机都是全速运转，有很多无谓的能量损失。从我公司的一些塑机节能改造实例来看，对变量泵塑机进行变频节能改造仍会有5%～20%的节电率。由此可见，变频注塑机的节电率要高于变量泵注塑机。

四、成本及维护保养分析

以下比较均以锁模力120吨的卧式注塑机为基础。

1．成本比较

2．维护保养分析