變頻注塑機方案（速度+壓力閉環）
2026-04-10 04:02:34
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。
anzhaoduigongzuoliuliangheyalidebutongyaoqiu，kejiangsujideyunxingzhuangtaifenweiliuliangkongzhizhuangtaiheyalikongzhizhuangtai。liuliangkongzhizhuangtaiyiwendingkongzhigongzuohuiluzhongdeliuliangbingshizhidadaosujideshedingzhiweimude，ergongzuohuiluzhongdeyalijiangxiaoyusujishedingyali，sujidekuaisusuomo、射膠、rongjiaodengjieduandoushuyugaizhuangtai。yalikongzhizhuangtaiyiwendingkongzhigongzuohuiluzhongdeyaliweimude。zaigaizhuangtaixia，gongzuoyalijiejinhuodengyusujishedingyali，ershijigongzuoliulianghenxiao，rusujidegaoyasuomojibaoyajieduandeng，xitongguozai、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(huan)PIDgongnenglaiwancheng。yinci，bianpinqidepinlvgeidingxinhaoyisujiliuliangjiyalixinhaoweizhun。lingwai，genjuchanpingongyijichengbenkongzhidexuyao，dianjikexuanyongjiazhuangsudubianmaqideputongdianjihuobianpinzhuanyongdianji。
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
如ru下xia圖tu四si，變bian頻pin器qi控kong製zhi係xi統tong配pei備bei一yi塊kuai智zhi能neng轉zhuan換huan卡ka，可ke根gen據ju注zhu塑su機ji壓ya力li反fan饋kui值zhi的de大da小xiao，自zi動dong轉zhuan換huan塑su機ji的de流liu量liang控kong製zhi及ji壓ya力li控kong製zhi狀zhuang態tai。當dang油you泵beng壓ya力liPb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guoPID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
muqian，bianliangbengzhusujiduocaiyongbilibianliangbengzuoqudongyuanjian，shuyudianxingderongjishitiaosuxitong，xiangbichuandongdingliangbengzhusujiyoujiaomingxiandejienengxiaoguo。rutuwu，gaixitongyoufuzaiminganxingbilibianliangzhusaibeng、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）變bian量liang泵beng注zhu塑su機ji是shi從cong液ye壓ya元yuan件jian的de角jiao度du出chu發fa，挖wa掘jue油you路lu上shang的de節jie能neng改gai造zao空kong間jian，從cong而er提ti高gao了le油you路lu係xi統tong的de工gong作zuo效xiao率lv。但dan受shou其qi控kong製zhi方fang式shi限xian製zhi，該gai係xi統tong不bu能neng完wan全quan消xiao除chu節jie流liu、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：zaitongyangshedingxia，yiliuliangyueduo，tiaosufaliangduandeyalichajiuyueda，jiasuyejiuyuekuai。henmingxian，dingliangbengdeyiliuliangzonghuidayubianliangbeng，qitiaosufaliangduandeyalicha△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。
對dui變bian頻pin注zhu塑su機ji來lai說shuo，因yin為wei比bi例li調tiao速su閥fa取qu消xiao，工gong作zuo負fu載zai通tong過guo液ye壓ya油you直zhi接jie傳chuan遞di到dao泵beng體ti上shang，其qi係xi統tong加jia速su過guo程cheng主zhu要yao由you變bian頻pin器qi和he電dian機ji的de加jia速su性xing能neng決jue定ding。英ying威wei騰teng電dian氣qi有you限xian公gong司si生sheng產chan的deCHV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0.1miao。lingwai，shiliangbianpinjishudeyigetuchuyoudianjiushikeshidianjihuodejiaoyingdejixietexing，zheshidianjizaifuzaitubianshirengnengbaochixiangyingdezhuansu。genjuwogongsiyiwangdewuPG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Vb的(de)，顯(xian)然(ran)其(qi)可(ke)調(tiao)節(jie)的(de)線(xian)性(xing)範(fan)圍(wei)有(you)限(xian)，不(bu)能(neng)實(shi)現(xian)零(ling)排(pai)量(liang)輸(shu)出(chu)。且(qie)任(ren)何(he)情(qing)況(kuang)下(xia)，電(dian)機(ji)都(dou)是(shi)全(quan)速(su)運(yun)轉(zhuan)，有(you)很(hen)多(duo)無(wu)謂(wei)的(de)能(neng)量(liang)損(sun)失(shi)。從(cong)我(wo)公(gong)司(si)的(de)一(yi)些(xie)塑(su)機(ji)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)實(shi)例(li)來(lai)看(kan)，對(dui)變(bian)量(liang)泵(beng)塑(su)機(ji)進(jin)行(xing)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)仍(reng)會(hui)有(you)5%～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
￥ |
|
|
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 |
|
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 |
|
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 |