伺服控制系統在注塑機上的應用

倪衡 唐又紅 傅加平 陳劍

蘇州出入境檢驗檢疫局，215000

蘇州市輕工電機廠，215000

伺服控制系統在注塑機上的應用

倪衡 唐又紅 傅加平 陳劍

蘇州出入境檢驗檢疫局，215000

蘇州市輕工電機廠，215000

我國是注塑機生產和應用的大國, 而且每年以6 %～8 %的速度快速增長 。目前市場上生產和使用的95%注塑機大部分是以普通異步電動機拖動的液壓式注塑機，注塑機油泵電機耗電占整個設備耗電量的比例高達85%左右。其能耗存在相當大的浪費,因此,開發和使用能耗低，效率高的“節能型”注塑機，完全符合節能降耗的總趨勢。在國際市場上，伺服電動機的運用也將大大提升國產注塑機的競爭力，因此，我們檢驗檢疫部門聯合電機生產企業就伺服電機的開發應用展開了交流合作。本文通過介紹對永磁交流伺服電動機的原理分析以及通過其與異步電機的應用對比得出永磁交流伺服電動機更加節能、精確度、效率更高的結論。

交流伺服控制；交流伺服電動機；液壓定量泵；注塑機

（一）

(感應電機)的工作原理是通過定子的旋轉磁場在轉子中產生感應電流，產生電磁轉矩，轉子中并不直接產生磁場。因此,轉子的轉速一定是小于同步速的(沒有這個差值，即轉差率， 就沒有轉子感應電流)， 也因此叫做異步電機。交流異步電動機以其結構簡單、價格便宜、適應各種工業條件等優點，被廣泛應用于工業生產各個領域。

變頻器的出現，使的異步電動機也能進行無級調速，改善了其使用效果。但是變頻調速仍受限于異步電動機的效率低、低速運轉時轉矩變小、諧波損耗大、速度變動率大、動態性能不佳等缺點。而且異步電機的效率低，功率因數小，低速發熱等問題仍然無法改善。

永磁同步電動機轉子本身產生固定方向的磁場，定子旋轉磁場拖著轉子磁場(轉子)轉動，因此轉子的轉速一定等于同步轉速，永磁同步電動機的轉速n 始終為 n=60f/p 不變，式中 f 為設定頻率，p 為電機極對數。 由于不需要從電網吸收無功電流，轉子上既無銅耗又無鐵耗，所以同步電機在很寬的負載范圍內能保持接近于 1 的功率因數， 定子電流和定子損耗減少。永磁同步電機總體效率比感應電機高5%左右，最大輸出力矩與轉子慣量比值可比感應電機大很多。因此永磁電機動態性能優越。

目前注塑機正向高效、節能的方向發展，將交流伺服電動機應用到機器上將最大限度改善注塑機的性能。以下我們將用交流伺服電動機的原理和應用來分析它的優點。

（二）

目前我們研發的交流伺服控制器和交流永磁伺服電動機為動力源的電液混合式驅動系統如圖1。

其中，交流永磁伺服電動機的轉子設計采用高性能稀土永磁材料，通過減小轉子直徑來降低慣性， 再以加長轉子來增加轉矩。 伺服電機的外觀也明顯看見是直徑小但長度長的特征。 通過能耗對比實驗表明, 電機完全根據實際工況進行自動調速, 大大降低了輔助工段的能量損耗, 節能效果最大40%左右 ?？蛰d和滿載 (14 MPa) 響應時間小于 180 ms ,生產效率提高20%左右。節能和環保越來越受到世界各國的高度重視, 使得節能型塑料機械成為當前塑料機械的一個重要發展方向 。節能型注塑機將是今后市場前景非常廣闊的產品。節能原理分析：1。普通異步電動機拖動的變量泵塑機如圖2。

在轉速不變的情況下，通過改變液壓泵排量，同時電機負載也會隨著排量而改變，達到省電的目的，節能率（比用定量泵）達到40%左右。但電機仍采用異步電動機，存在空轉狀態(必須維持變量泵需要的底壓)。期間大量的液壓油會通過溢流閥流回油箱 ,其結果： a.電力能源也有浪費（電機空轉）；b.液壓閥門沖刷磨損；c.液壓油升溫 d.對液壓油品質要求高，機器故障率比較；e.機器穩定性能變差（沒有閉環控制）；f.變量泵噪音大；g.液壓系統中的液壓油在流經泵、閥和管道時 , 會產生大量熱量, 導致油溫升高，油溫過高將影響液壓系統的正常工作，有的采取循環水降溫措施；從而消耗大量能量。 h.液壓油應有氧化而報廢。2。節能型高效伺服注塑機如圖2控制系統主要由電腦控制器及其輸出信號轉接器、驅動器、壓力傳感器，濾波器，制動電阻、伺服電機和油泵等組成。具有諸多優點，增產、節能、低能耗、精密、高性價比、低故障率，噪音低，符合政策導向，已迅速成為注塑機廠的主導產品。技術優勢如下：a.增產：空載和和滿載 (14 MPa) 響應時間小于180 ms，使注塑機動作速度快,生產效率提高 20%左右。 b.節電：實際測試 條件：在兩臺注塑機上使用相同的模具注塑測試樣品（光盤狀薄片），原料為普通 PP。兩臺注塑機分別為SF80（使用三相伺服電動機、定量齒輪泵）、SF86（使用異步電機、變量泵），兩臺注塑機的測試時間均為一個小時，注塑循環周期為20.0s，其中冷卻時間為4s，托模進退停頓時間為2s。通過電度表實際測得 SF80耗電量為2.33 度， SF86 耗電量為 3.03 度。計算可得，SF80比 SF86 每小時省電 0.70度，大約能節省 23.1%的電能如。c.降耗：延長液壓油的使用壽命，延長機器使用壽命；（即降低液壓油和液壓閥的耗損)；d.采用全閉環，重復精度高，提升產品合格率；e.節水，減少污染；f.降低機器運行噪音，SF86（普通異步電動機拖動的變量泵塑機）噪聲：73dB（A），SF80（節能型高效伺服注塑機）噪聲：69dB（A）。

（三）

節能型高效伺服注塑機具有以下特點：采用交流永磁伺服同步電機作為主油泵驅動電力源,全面提高了動力源的技術特性，電機完全根據實際工況進行自動調速，大大降低輔助工段的能量損耗，整機節能效果高達45%左右?？刂葡到y可過載額定值的150 % , 電機滿負載時動態響應快，動態響應時間低于180ms,可使生產效率提高20 %以上。驅動系統采用先進的自適應控制技術，使塑機動態運行平穩可靠 ,抗干擾能力強,大幅度減少沖擊載荷 , 降低各運動部件中磨損 , 可延長塑機運動部件及模具壽命?？捎行Ы档陀蜐B、油溫和塑機工作噪聲,具有欠壓、過流、缺相、超溫度等保護功能。

結語

當然節能的效果與生產的產品有密切的關系，包括模具是否用冷流道、保壓時間、待機時間等都有關系，不能一概而論。大致來講，產品的保壓時間越長，冷卻時間越長，節能也越多。相反，熱流道模具的保壓時間短，甚至是0，而冷卻時間也是0，伺服電機的節能便有限。

[1]過慶明.如何在數控機床進給系統中選擇交流伺服電機 [D].黑龍江:防爆電機.2004年，第2期

[2]中國電器工業協會微電機分會.微特電機應用手冊 [M].福建:福建科技.2010年04月

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.046

倪衡（1982—），男，江蘇鹽城人，學士，研究方向：出口工業品質量。