变频液压技术在注塑机中的应用

孔藤桥

摘 要：现代科技的进步为注塑机提供了更为人性化、前卫、先进的技术支持。从当前的形势来看塑机行业正朝向环保、超精密成型、高可靠性、高度自动化、节能方向前进。在变频技术的支持下，变频液压注塑机就此诞生，比如电液复合注塑机。该类型注塑机以液压泵为对象，在调节液压泵电机转速的同时匹配最终流量，达成节能目的。相较于传统注塑机来说，这种注塑机的噪声更低、效率更高、能量损失最小。本文将着重研究其原理、状况以及优点，以供借鉴。

关键词：变频液压技术 注塑机 应用

中图分类号：TQ320 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（b）-0-02

1 变频液压节能原理

该技术的节能原理非常特殊，其应用变频器完成电源频率调解工作，以此改变电机转速，最终实现注塑机的液压系统工作流量、运转速度控制。此外通过控制液压泵输出，使得注塑机能够得到其所需求的流量。液压泵实际流量借助变频器完成控制，能够在液压回路阻力不改变的基础上，利用流量完成工作压力适应性调节，运转中可以有效降低液压阀流量。该系统有着非常复杂、庞大的系统。电机转速和液压泵流量的关系非常密切，公式为Q=nq（Q为泵流量、n为电机转速/q为液压泵排量）。系统电机转速公式为n=60f/p（f为电源频率、p为磁极对数），两个公式的结合也就是Q=60fq/p=kf（k为比例系数）。当知道确定流量以后，通过该公式就能够得到对应频率f=Q/k[1]。该公式可以帮助使用者结合实际需要，有计划、有目的地完成不同工艺阶段的流量转换，使其变成直接频率。此时就可以直接利用理论角度的知识解决实际操作频率问题。液压泵流量与转速为正比关系，轴功率与转速立方同样也是正比关系。

2 变频液压研究现状

国内对变频技术的研究主要在于改造原有系统。当前国内已经有很多厂家可以专门生产注塑节能变频器，实现了注塑机能耗的有效控制。而欧美国家则将目光放在了电液复合注塑机的研究。欧盟就将电压注塑机作为基本研究项目，并利用变频驱动进行了注塑机试验与研制。通过采样试验得出，单工作循环中变频驱动电液注塑机效率可以达到50%以上，该效率远超普通注塑机一倍以上。

2.1 控制方式

总共包含3种变频模式：第一种不加编码器的VVVF方式完成调速与变频，也就是变频变压调速变频。第二种应用编码器闭环泛用矢量完成调速变频。第三种编码器闭环纯矢量完成调速变频。经过不断实验得出第三种方式得到的节能效果与响应特性最好，能够让电动机即便处于低速运行条件情況时同样得到大转矩。在相同流量与压力的条件下，响应性能则得到了大幅度提升。种种优势为注塑机工作效率提供了有利的保障。

2.2 驱动原理

其动力源有两种驱动原理：第一种普通电动机在变量泵和变频调速的共同作用下形成动力源。第二种高响应伺服电动机通过驱动定量泵形成动力源。第一种方法进行流量控制时，如果流量小则应用改变泵排量方式控制。如果此时流量超过界限，就会自行改变电机转速控制。该工作模式最突出的优势便是噪声很低，不过突出问题是响应速度相对较慢。第二种原理虽然电机有着较高的成本，不过泵成本则相对较低。此外其最大优点在于电机流量、压力都可以改变电机转速，该模式电机过载能力高、响应速度快。不论是哪一种运作模式节能效果都非常突出。

欧美对上述两种模式都进行了大量实验，得出了大量的数据，这为注塑机节能的研究和发展提供了重要的帮助。

3 变频液压优点

3.1 节能

应用变频液压这项技术，能够从起始阶段就有效解决功率匹配节能需求。当注塑机处于无负载、轻载、中载的情况时，变频动力系统本题的工作能力会远远超出传统控制系统。其能够有效减少注塑机的能量损失，环节溢流损失、无节流损失等问题。注塑机变频应用定量泵，定量泵工作效率超过变量泵，因此还有着较高的回路效率。相较于传统阀控节流，变频液压的节能能力可以达到30%～60%。此外还能改善电功率，在降低无功电流的同时，缓解了线路损耗问题。

3.2 安全可靠

注塑机液压系统非常复杂，这源自于注塑成型本身就有着非常复杂的工艺和范围比较大的压力变化。此外不论是速度还是位置方面，注塑机变化都非常的大。变频技术能够全面升级、优化调速系统，使调速系统更切合实际需求。转矩闭环矢量控制在速度传感器的作用与影响下，可以很好的满足工艺使用要求。

3.3 噪声小

注塑机中应用变频液压技术能够实现准确、高效、完美的计算机控制。此时只需应用检测手段就可以得知执行器运算速度，利用对比方式比较给定速度，掌握二者偏差。该偏差能够帮助工作人员得到真实、准确的变频控制信号。目前常用变频器的配置几乎都可以满足注塑机矢量控制需要。变频技术在使用中能够根据相关工艺以及注塑机实况自动、合理地选择所需算法。所以注塑机能够更好地达成产品质量控制要求。

3.4 油温低

注塑机变频系统的定量泵选择大多会选择系统要求低、系统相对可靠的变量泵，以此替换成本高、系统要求高的设备。必须强调的是，电机与变量泵大部分情况下的速度都在基础速度之下。所以可以有效减少系统声音大小和液压泵磨损情况。延长了设备寿命，提升了系统可靠性。

4 注塑机变频系统问题

4.1 低速稳定

如果泵速过低，就会出现自吸力下降的问题，进而引发不充分吸油情况，出现很强烈的噪音与严重的流量脉动，这些因素都会影响速度稳定性。此外异步电机低频运行与低频力矩不足时的不稳定和逆变器的贮能元件、滤波能量转换会引发谐振现象，种种因素都是转速不稳定发生的真实原因。为解决稳定性要求，可通过选择性能更好的变频器与泵完成解决。但这种方式成本相对较高。为了控制成本一般会选择优化控制算法与控制结构，利用软件补偿优化系统的方式改善稳定性和系统动态品质。

4.2 控制精度

对调速精度来说，速度刚度的影响是非常突出的。速度刚度指的是执行器速度不随负载变化的能力[2]。此外系统慢时变特性同样也是一项比较重要的原因。比如液压系统泄漏量、油液粘性、油液温度都会在时间变化的过程中出现变化，这些因素都会影响系统输出与调速精度。为了减少这类问题带给系统输出的不良影响，就必须从两个角度进行考虑。第一个角度保障电机转速在负载变化的过程中不会出现变化。第二个角度为通过减少或是消除液压系统慢时变特性的方式，缓解甚至是消除其对系统带来的输出影响。

4.3 响应速度

系统响应速度对注塑制品生产效率、生产质量的影响是非常突出的。所以响应速度是注塑机系统中最重要的一项性能指标。通过改变电机转速的方式完成液压系统流量的控制。因为电机转动惯量与变频器过载能力非常有限，而这两点因素都会影响极速性能，所以变频控制系统有些时候甚至比传统控制系统响应速度要更低。为了改善这一情况可以选择性能出众的变频器提高响应速度。高响应电机取代异步电机能够有效提升响应速度。利用变频控制系统节能突出、调速范围大的优势，保留阀控马达有着响应快的特点组成复合调速系统能够有效保障注塑快速性要求。

5 结语

在电机技术、变频技术日益成熟的今天，液压控制这项技术获得了快速发展。通过计算机控制的方式，注塑机生产质量和效率将会得到良好的控制。高响应伺服电动机与矢量变频器性能的提高会让其价格逐渐降低，最终得到广泛的普及。电动控制与变频控制的注塑机之争最终会让二者融为一体，这已经成为今后的注塑机发展方向。未来变频技术在注塑机中的应用将会得到进一步的发展与普及。

参考文献

[1] 陈冲.注塑机液压系统阀控变频调速节能技术分析[J].工业设计，2016（6）：167，169.

[2] 梅克涛.变频液压技术在注塑机中的应用探讨[J].南方农机，2015，46（6）：24，26.