變頻注塑機方案（速度+壓力閉環）
2026-04-07 04:38:31
說明：gaifanganzhijiemianxiangzhusujishengchanchangjia，mudeshijiangshiliangbianpinjishuyingyongyuzhusujidianjiqudongshang，tongguosudubihuanjiyalibihuangongnengwanchengduizhusujidejingquekongzhi。youlushangquxiaolechuantongdeliuliang、壓力比例閥，在節約成本的同時可從源頭上消除油路中的節流及溢流能量損失，使注塑機獲得最佳的節能效果。
以下內容將針對傳統定量泵注塑機、變頻注塑機及變量泵注塑機的特點做全麵分析。
－、流量及壓力控製方式分析
在塑機的液壓係統中，液流的流量、壓力和方向是最基本的控製量，其中流量和壓力直接決定了係統的輸出功率和成型工藝。
按an照zhao對dui工gong作zuo流liu量liang和he壓ya力li的de不bu同tong要yao求qiu，可ke將jiang塑su機ji的de運yun行xing狀zhuang態tai分fen為wei流liu量liang控kong製zhi狀zhuang態tai和he壓ya力li控kong製zhi狀zhuang態tai。流liu量liang控kong製zhi狀zhuang態tai以yi穩wen定ding控kong製zhi工gong作zuo回hui路lu中zhong的de流liu量liang並bing使shi之zhi達da到dao塑su機ji的de設she定ding值zhi為wei目mu的de，而er工gong作zuo回hui路lu中zhong的de壓ya力li將jiang小xiao於yu塑su機ji設she定ding壓ya力li，塑su機ji的de快kuai速su鎖suo模mo、射膠、溶rong膠jiao等deng階jie段duan都dou屬shu於yu該gai狀zhuang態tai。壓ya力li控kong製zhi狀zhuang態tai以yi穩wen定ding控kong製zhi工gong作zuo回hui路lu中zhong的de壓ya力li為wei目mu的de。在zai該gai狀zhuang態tai下xia，工gong作zuo壓ya力li接jie近jin或huo等deng於yu塑su機ji設she定ding壓ya力li，而er實shi際ji工gong作zuo流liu量liang很hen小xiao，如ru塑su機ji的de高gao壓ya鎖suo模mo及ji保bao壓ya階jie段duan等deng，係xi統tong過guo載zai、油缸推力不足時也屬於該狀態。
如圖一，該係統采用定量泵供油，油泵轉速n及油泵排量Vb都不可調，其油路中的各流量及壓力分別為：
油泵流量Qb＝Vb×n為定值；
油泵壓力Pb由比例溢流閥設定；
工作流量Q1由比例調速閥設定；
工作壓力P1＝F/A1取決於工作負載F；
A1：油缸無杆腔活塞麵積 F：工作負載 Q1：工作流量 P1：工作壓力
△p：比例調速閥兩端的壓力差 Qy：比例溢流閥流量 Pb：油泵壓力
Qb：油泵流量 Vb：油泵排量 n：電動機轉速
l 流量控製狀態
係統在流量控製狀態時，因油泵流量Qb＝Vb×n為定值，除一部分流量Q1經比例調速閥進入工作回路外，其餘流量Qy都經比例溢流閥排回油箱。
l 壓力控製狀態
係統處於壓力控製狀態時，因工作流量Q1極小，油泵流量Qb＝Vb×n的絕大部分都要經比例溢流閥流回油箱，以此維持油泵壓力Pb達到設定值，能量浪費巨大。
可以看到，傳統的定量泵油路係統必會存在節流及溢流能量損失，用公式表示為：
△P×Q1＋Pb×Qy （參見圖二）
上述能量損失的原因究其本質有兩個，即流量不適應——過多的流量流入了油路係統；壓力不適應——供油壓力大於工作壓力，以補償比例調速閥的節流壓降。
1． 變頻注塑機
如ru圖tu三san，該gai係xi統tong采cai用yong矢shi量liang變bian頻pin器qi驅qu動dong電dian機ji及ji定ding量liang泵beng，取qu消xiao了le傳chuan統tong油you路lu中zhong的de比bi例li調tiao速su閥fa及ji比bi例li溢yi流liu閥fa。油you路lu中zhong的de調tiao速su功gong能neng由you矢shi量liang變bian頻pin器qi直zhi接jie控kong製zhi電dian機ji及ji油you泵beng轉zhuan速su來lai完wan成cheng，而er壓ya力li控kong製zhi由you壓ya力li傳chuan感gan器qi和he變bian頻pin器qi的de構gou成cheng閉bi環huanPID功(gong)能(neng)來(lai)完(wan)成(cheng)。因(yin)此(ci)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)以(yi)塑(su)機(ji)流(liu)量(liang)及(ji)壓(ya)力(li)信(xin)號(hao)為(wei)準(zhun)。另(ling)外(wai)，根(gen)據(ju)產(chan)品(pin)工(gong)藝(yi)及(ji)成(cheng)本(ben)控(kong)製(zhi)的(de)需(xu)要(yao)，電(dian)機(ji)可(ke)選(xuan)用(yong)加(jia)裝(zhuang)速(su)度(du)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)普(pu)通(tong)電(dian)機(ji)或(huo)變(bian)頻(pin)專(zhuan)用(yong)電(dian)機(ji)。
圖三 油路係統原理圖
A1：油缸無杆腔活塞麵積
Pb：油泵壓力
n：電動機轉速
F：工作負載
Qb：油泵流量
流量控製狀態
當油泵流量Qb接近或達到塑機的設定值時，油路係統進入流量控製狀態，變頻器的輸出頻率與塑機的流量設定值成正比。在此過程中，油泵流量Qb＝Vb×n始終與工作回路的需要相適應，無需比例閥調速，也沒有多餘流量溢出，可從根本上消除節流及溢流能量損失。
需指出的是，在傳統定量泵油路中（參見圖一），係統處於流量控製狀態時，油泵壓力Pb必定大於工作壓力P1，它們之間需要產生足夠壓力差△P來驅動比例調速閥工作，這是調速閥的工作特性。而變頻注塑機是通過調節油泵轉速直接控製油泵流量，而油泵壓力Pb取決於工作負載，即Pb＝ F/A1。由此，負載需要多少流量、壓力，油泵就相應輸出多少，實現了負載自適應控製，無能量損失。
l 壓力控製狀態
ruxiatusi，bianpinqikongzhixitongpeibeiyikuaizhinengzhuanhuanka，kegenjuzhusujiyalifankuizhidedaxiao，zidongzhuanhuansujideliuliangkongzhijiyalikongzhizhuangtai。dangyoubengyaliPb接近或達到塑機設定值時，油路油路進入壓力控製狀態，這時仍用流量設定值來控製變頻器頻率顯然是不合適的。
變(bian)頻(pin)器(qi)將(jiang)通(tong)過(guo)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)到(dao)這(zhe)一(yi)壓(ya)力(li)變(bian)化(hua)，並(bing)與(yu)塑(su)機(ji)的(de)壓(ya)力(li)設(she)定(ding)值(zhi)做(zuo)比(bi)較(jiao)。當(dang)它(ta)們(men)差(cha)值(zhi)很(hen)小(xiao)時(shi)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)智(zhi)能(neng)轉(zhuan)換(huan)卡(ka)會(hui)及(ji)時(shi)將(jiang)變(bian)頻(pin)器(qi)切(qie)換(huan)到(dao)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi)狀(zhuang)態(tai)。此(ci)時(shi)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)將(jiang)與(yu)該(gai)壓(ya)力(li)差(cha)值(zhi)成(cheng)正(zheng)比(bi)。因(yin)差(cha)值(zhi)很(hen)小(xiao)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)及(ji)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)將(jiang)迅(xun)速(su)降(jiang)低(di)，油(you)泵(beng)僅(jin)維(wei)持(chi)很(hen)小(xiao)的(de)流(liu)量(liang)輸(shu)出(chu)，以(yi)彌(mi)補(bu)油(you)路(lu)中(zhong)的(de)各(ge)種(zhong)泄(xie)漏(lou)損(sun)失(shi)，並(bing)通(tong)過(guo)PID功能保持係統壓力恒定。
圖四 變頻器智能轉換卡原理圖
1． 變量泵注塑機
目mu前qian，變bian量liang泵beng注zhu塑su機ji多duo采cai用yong比bi例li變bian量liang泵beng作zuo驅qu動dong元yuan件jian，屬shu於yu典dian型xing的de容rong積ji式shi調tiao速su係xi統tong，相xiang比bi傳chuan動dong定ding量liang泵beng注zhu塑su機ji有you較jiao明ming顯xian的de節jie能neng效xiao果guo。如ru圖tu五wu，該gai係xi統tong由you負fu載zai敏min感gan型xing比bi例li變bian量liang柱zhu塞sai泵beng、比例溢流閥、比例調速閥、壓力反饋閥、流量反饋閥等部分組成。
圖五 油路係統原理圖
A1：油缸無杆腔活塞麵積 F：工作負載 P1：工作壓力 Q1：工作流量
△P：比例調速閥兩端的壓力差 Pb：油泵壓力 Qb：油泵流量 n：電動機轉速
l 流量控製狀態
係統處於流量控製狀態時，油泵壓力Pb大於工作壓力P1且小於塑機設定壓力，比例溢流閥將可靠關閉。當負載變化時，Pb與P1之間的壓力差△P會有相應波動，並使工作流量Q1發生變化。以上變化通過流量、壓力反饋閥傳遞給變量泵的調整活塞。活塞隨之推動柱塞泵斜盤並改變油泵排量，最終穩定泵的輸出流量Qb。由此看出，該係統實現了壓力自適應控製，基本上沒有溢流損失，但為了控製工作流量Q1，調速閥上仍存在一定節流損失。
l 壓力控製狀態
係xi統tong處chu於yu壓ya力li控kong製zhi狀zhuang態tai時shi，變bian量liang柱zhu塞sai泵beng的de斜xie盤pan傾qing角jiao很hen小xiao，僅jin有you少shao量liang的de液ye壓ya油you流liu過guo比bi例li溢yi流liu閥fa，保bao證zheng形xing成cheng一yi定ding的de係xi統tong壓ya力li。通tong過guo改gai變bian比bi例li溢yi流liu閥fa的de輸shu入ru信xin號hao，就jiu可ke以yi得de到dao相xiang應ying的de油you泵beng輸shu出chu壓ya力li。比bi起qi傳chuan統tong定ding量liang泵beng注zhu塑su機ji，該gai控kong製zhi方fang式shi在zai一yi定ding程cheng度du上shang減jian小xiao了le溢yi流liu損sun失shi。
通過以上三種控製方式的分析可以看出：
（1）傳統定量泵注塑機存在著相當嚴重的能源浪費情況。據以往統計數據顯示，其最高工作效率不會超過40％，對這種注塑機的節能改造勢在必行；
（2）bianliangbengzhusujishicongyeyayuanjiandejiaoduchufa，wajueyoulushangdejienenggaizaokongjian，congertigaoleyouluxitongdegongzuoxiaolv。danshouqikongzhifangshixianzhi，gaixitongbunengwanquanxiaochujieliu、溢流損失。
（3）變頻注塑機從電氣控製的角度出發，從調速方式上改造傳統油路，利用現代電控係統精確、快速、可靠的特點，可從源頭上消除節流損失並減少溢流算損失。
二、係統響應及加速過程分析
以上三種係統的控製方式差異較大，也決定了它們對指令的響應速度有快有慢。下文將對此方麵作出具體分析。
如圖六，比例調速閥的流量Q是由閥兩端的壓力差△P建立起來的。顯然，壓力差△P越大，其油路加速就越快。又由圖七，比例溢流閥的壓力P是隨著溢流Q的增大而提高的。由此得出結論：在zai同tong樣yang設she定ding下xia，溢yi流liu量liang越yue多duo，調tiao速su閥fa兩liang端duan的de壓ya力li差cha就jiu越yue大da，加jia速su也ye就jiu越yue快kuai。很hen明ming顯xian，定ding量liang泵beng的de溢yi流liu量liang總zong會hui大da於yu變bian量liang泵beng，其qi調tiao速su閥fa兩liang端duan的de壓ya力li差cha△P也要大些。所以，同樣設定下，定量泵係統要比變量泵係統加速快，承受負載的能力更強。
duibianpinzhusujilaishuo，yinweibilitiaosufaquxiao，gongzuofuzaitongguoyeyayouzhijiechuandidaobengtishang，qixitongjiasuguochengzhuyaoyoubianpinqihedianjidejiasuxingnengjueding。yingweitengdianqiyouxiangongsishengchandeCHV係列矢量變頻器具有輸出轉矩大、響應快等特點。變頻器在PG矢量控製狀態下0轉速仍有180%的額定轉矩輸出，而變頻器完全建立額定轉矩的時間隻需0.1秒(miao)。另(ling)外(wai)，矢(shi)量(liang)變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)的(de)一(yi)個(ge)突(tu)出(chu)優(you)點(dian)就(jiu)是(shi)可(ke)使(shi)電(dian)機(ji)獲(huo)得(de)較(jiao)硬(ying)的(de)機(ji)械(xie)特(te)性(xing)，這(zhe)使(shi)電(dian)機(ji)在(zai)負(fu)載(zai)突(tu)變(bian)時(shi)仍(reng)能(neng)保(bao)持(chi)相(xiang)應(ying)的(de)轉(zhuan)速(su)。根(gen)據(ju)我(wo)公(gong)司(si)以(yi)往(wang)的(de)無(wu)PG矢量變頻器在注塑機節能工程上的應用表明，改造後的係統加速性能和改造前的定量泵係統不差上下。
由上得出，三種控製係統中，傳統定量泵注塑機、變頻注塑機的係統加速性能及承受負載能力要優於變量泵係統，其產品成形周期也要短些。
三、節電率分析
無論是變量泵注塑機還是變頻注塑機，都是為了改變傳統定量泵塑機能耗大、效率低的缺點而發展起來的，因此節電率是比較兩個係統優劣的至關重要的參數。若油泵的輸出流量、輸出壓力、排量、轉速分別表示為Q、P、Vb、n，則油泵的輸出功率N用公式表示為：
N = Q*P = Vb*n*P
由前麵的分析可知，變量泵塑機是通過改變油泵排量Vb節省能耗，變頻注塑機則是通過改變油泵轉速n達到節能目的。
通過變頻器的閉環矢量調速功能，變頻注塑機的油泵轉速n可實現0到額定轉速之間線性調節範圍，尤其是在塑機待機及無動作情況下（如冷卻階段），電機及油泵轉速可降至0，基ji本ben無wu能neng耗hao損sun失shi。值zhi得de注zhu意yi的de是shi，油you泵beng在zai低di轉zhuan速su時shi的de容rong積ji效xiao率lv會hui下xia降jiang，這zhe在zai一yi定ding程cheng度du上shang會hui影ying響xiang了le節jie電dian效xiao果guo。對dui此ci，我wo們men將jiang通tong過guo提ti高gao變bian頻pin器qi低di頻pin增zeng益yi的de方fang法fa來lai改gai善shan這zhe種zhong情qing況kuang。而er且qie，實shi際ji生sheng產chan中zhong流liu量liang低di於yu20％的情況是極少的，所以油泵轉速也不可能出現過低的情況。
變量泵注塑機是通過機械裝置調整油泵排量Vbde，xianranqiketiaojiedexianxingfanweiyouxian，bunengshixianlingpailiangshuchu。qierenheqingkuangxia，dianjidoushiquansuyunzhuan，youhenduowuweidenengliangsunshi。congwogongsideyixiesujijienenggaizaoshililaikan，duibianliangbengsujijinxingbianpinjienenggaizaorenghuiyou5%～20%的節電率。由此可見，變頻注塑機的節電率要高於變量泵注塑機。
四、成本及維護保養分析
以下比較均以鎖模力120噸的臥式注塑機為基礎。
1．成本比較
|
控製方式
比較項目 |
定量泵注塑機 |
變量泵注塑機 |
變頻注塑機 |
|
油泵 |
葉片定量泵
50cc/r,16MPa
￥ |
柱塞變量泵
50cc/r,16MPa
￥ |
葉片定量泵
50cc/r,16MPa
￥ |
|
壓力比例閥 |
通用比例溢流閥
ebg-03-c
￥1330 |
配套比例溢流閥
￥ |
|
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流量比例閥 |
通用比例調速閥
efg-03-c
￥2330 |
配套比例調速閥
￥ |
|
|
Y/Δ接觸器 |
三相交流接觸器（*3）
￥ |
三相交流接觸器（*3）
￥ |
|
|
變頻器 |
|
|
矢量變頻器
英威騰15KW，PG反饋
￥ |
|
壓力傳感器 |
|
|
液壓壓力傳感器
0～1Mpa
￥ |
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電機 |
普通異步電機
15kw
￥ |
普通異步電機
15kw
￥ |
普通異步電機（配編碼器）
￥
變頻專用電機（配編碼器）
￥ |
2．維護保養分析
|
控製方式
比較項目 |
定量泵注塑機 |
變量泵注塑機 |
變頻注塑機 |
|
啟動方式 |
Y/Δ啟動，啟動電流大
電機功率因數低
對電網及油路衝擊大 |
Y/Δ啟動，啟動電流大
電機功率因數低
對電網及機械衝擊大 |
變頻軟啟動，啟動電流小
改善電機功率因數
對電網及機械衝擊小 |
|
維修保養 |
定量泵及通用比例閥
故障率低
維修成本低 |
變量泵及配套比例閥
故障率中
泵體維修費用高 |
定量泵、變頻器及比例閥
故障率中
維修費用中 |
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機械元件損耗 |
電機、油泵始終全速運行
流量及壓力供應過剩
機械元件損耗大 |
電機、油泵始終全速運行油泵排量自適應調節
機械元件損耗中 |
電機、油泵變速及停止運行
加減速斜坡可調
機械元件損耗小 |
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油溫及冷卻水 |
液壓油始終大量循環
油溫高，冷卻水消耗大 |
液壓油變量循環
油溫中，冷卻水消耗中 |
液壓油變量及停止循環
油溫低，冷卻水消耗低 |
|
平均噪音 |
電機及油泵運行平穩
平均噪音中 |
油泵有機械調節裝置
平均噪音高 |
電機軟啟動
無動作時不轉動
平均噪音低 |
|
液壓油成本 |
對液壓油要求低
更換頻率低 |
對液壓油要求高
更換頻率高 |
對液壓油要求低
更換頻率低 |