伺服控制系统在注塑机上的应用

倪衡 唐又红 傅加平 陈剑

苏州出入境检验检疫局，215000

苏州市轻工电机厂，215000

伺服控制系统在注塑机上的应用

倪衡 唐又红 傅加平 陈剑

苏州出入境检验检疫局，215000

苏州市轻工电机厂，215000

我国是注塑机生产和应用的大国, 而且每年以6 %～8 %的速度快速增长 。目前市场上生产和使用的95%注塑机大部分是以普通异步电动机拖动的液压式注塑机，注塑机油泵电机耗电占整个设备耗电量的比例高达85%左右。其能耗存在相当大的浪费,因此,开发和使用能耗低，效率高的“节能型”注塑机，完全符合节能降耗的总趋势。在国际市场上，伺服电动机的运用也将大大提升国产注塑机的竞争力，因此，我们检验检疫部门联合电机生产企业就伺服电机的开发应用展开了交流合作。本文通过介绍对永磁交流伺服电动机的原理分析以及通过其与异步电机的应用对比得出永磁交流伺服电动机更加节能、精确度、效率更高的结论。

交流伺服控制；交流伺服电动机；液压定量泵；注塑机

（一）

(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流，产生电磁转矩，转子中并不直接产生磁场。因此,转子的转速一定是小于同步速的(没有这个差值，即转差率， 就没有转子感应电流)， 也因此叫做异步电机。交流异步电动机以其结构简单、价格便宜、适应各种工业条件等优点，被广泛应用于工业生产各个领域。

变频器的出现，使的异步电动机也能进行无级调速，改善了其使用效果。但是变频调速仍受限于异步电动机的效率低、低速运转时转矩变小、谐波损耗大、速度变动率大、动态性能不佳等缺点。而且异步电机的效率低，功率因数小，低速发热等问题仍然无法改善。

永磁同步电动机转子本身产生固定方向的磁场，定子旋转磁场拖着转子磁场(转子)转动，因此转子的转速一定等于同步转速，永磁同步电动机的转速n 始终为 n=60f/p 不变，式中 f 为设定频率，p 为电机极对数。 由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗，所以同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于 1 的功率因数， 定子电流和定子损耗减少。永磁同步电机总体效率比感应电机高5%左右，最大输出力矩与转子惯量比值可比感应电机大很多。因此永磁电机动态性能优越。

目前注塑机正向高效、节能的方向发展，将交流伺服电动机应用到机器上将最大限度改善注塑机的性能。以下我们将用交流伺服电动机的原理和应用来分析它的优点。

（二）

目前我们研发的交流伺服控制器和交流永磁伺服电动机为动力源的电液混合式驱动系统如图1。

其中，交流永磁伺服电动机的转子设计采用高性能稀土永磁材料，通过减小转子直径来降低惯性， 再以加长转子来增加转矩。 伺服电机的外观也明显看见是直径小但长度长的特征。 通过能耗对比实验表明, 电机完全根据实际工况进行自动调速, 大大降低了辅助工段的能量损耗, 节能效果最大40%左右 。空载和满载 (14 MPa) 响应时间小于 180 ms ,生产效率提高20%左右。节能和环保越来越受到世界各国的高度重视, 使得节能型塑料机械成为当前塑料机械的一个重要发展方向 。节能型注塑机将是今后市场前景非常广阔的产品。节能原理分析：1。普通异步电动机拖动的变量泵塑机如图2。

在转速不变的情况下，通过改变液压泵排量，同时电机负载也会随着排量而改变，达到省电的目的，节能率（比用定量泵）达到40%左右。但电机仍采用异步电动机，存在空转状态(必须维持变量泵需要的底压)。期间大量的液压油会通过溢流阀流回油箱 ,其结果： a.电力能源也有浪费（电机空转）；b.液压阀门冲刷磨损；c.液压油升温 d.对液压油品质要求高，机器故障率比较；e.机器稳定性能变差（没有闭环控制）；f.变量泵噪音大；g.液压系统中的液压油在流经泵、阀和管道时 , 会产生大量热量, 导致油温升高，油温过高将影响液压系统的正常工作，有的采取循环水降温措施；从而消耗大量能量。 h.液压油应有氧化而报废。2。节能型高效伺服注塑机如图2控制系统主要由电脑控制器及其输出信号转接器、驱动器、压力传感器，滤波器，制动电阻、伺服电机和油泵等组成。具有诸多优点，增产、节能、低能耗、精密、高性价比、低故障率，噪音低，符合政策导向，已迅速成为注塑机厂的主导产品。技术优势如下：a.增产：空载和和满载 (14 MPa) 响应时间小于180 ms，使注塑机动作速度快,生产效率提高 20%左右。 b.节电：实际测试 条件：在两台注塑机上使用相同的模具注塑测试样品（光盘状薄片），原料为普通 PP。两台注塑机分别为SF80（使用三相伺服电动机、定量齿轮泵）、SF86（使用异步电机、变量泵），两台注塑机的测试时间均为一个小时，注塑循环周期为20.0s，其中冷却时间为4s，托模进退停顿时间为2s。通过电度表实际测得 SF80耗电量为2.33 度， SF86 耗电量为 3.03 度。计算可得，SF80比 SF86 每小时省电 0.70度，大约能节省 23.1%的电能如。c.降耗：延长液压油的使用寿命，延长机器使用寿命；（即降低液压油和液压阀的耗损)；d.采用全闭环，重复精度高，提升产品合格率；e.节水，减少污染；f.降低机器运行噪音，SF86（普通异步电动机拖动的变量泵塑机）噪声：73dB（A），SF80（节能型高效伺服注塑机）噪声：69dB（A）。

（三）

节能型高效伺服注塑机具有以下特点：采用交流永磁伺服同步电机作为主油泵驱动电力源,全面提高了动力源的技术特性，电机完全根据实际工况进行自动调速，大大降低辅助工段的能量损耗，整机节能效果高达45%左右。控制系统可过载额定值的150 % , 电机满负载时动态响应快，动态响应时间低于180ms,可使生产效率提高20 %以上。驱动系统采用先进的自适应控制技术，使塑机动态运行平稳可靠 ,抗干扰能力强,大幅度减少冲击载荷 , 降低各运动部件中磨损 , 可延长塑机运动部件及模具寿命。可有效降低油渗、油温和塑机工作噪声,具有欠压、过流、缺相、超温度等保护功能。

结语

当然节能的效果与生产的产品有密切的关系，包括模具是否用冷流道、保压时间、待机时间等都有关系，不能一概而论。大致来讲，产品的保压时间越长，冷却时间越长，节能也越多。相反，热流道模具的保压时间短，甚至是0，而冷却时间也是0，伺服电机的节能便有限。

[1]过庆明.如何在数控机床进给系统中选择交流伺服电机 [D].黑龙江:防爆电机.2004年，第2期

[2]中国电器工业协会微电机分会.微特电机应用手册 [M].福建:福建科技.2010年04月

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.046

倪衡（1982—），男，江苏盐城人，学士，研究方向：出口工业品质量。