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注塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器的節(jié)能應(yīng)用

來(lái)源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2014-11-13 15:14:53點(diǎn)擊率：

　　注塑成型加工行業(yè)屬于生產(chǎn)密集型產(chǎn)業(yè)，注塑機(jī)作為其主力設(shè)備，是公認(rèn)的“耗能大戶”，加上塑料制品種類多樣性和機(jī)型配置單一性，因此電能利用率普遍較低。同時(shí)，隨著行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，成本戰(zhàn)導(dǎo)致企業(yè)的利潤(rùn)空間進(jìn)一步縮小，而電費(fèi)占總成本的比例越來(lái)越高?；谶@種現(xiàn)狀，合康變頻科技(武漢)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“合康變頻”)致力于電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)改進(jìn)，其同步機(jī)驅(qū)動(dòng)器憑借著優(yōu)良的性能和質(zhì)量成功地解決了傳統(tǒng)注塑機(jī)的液壓泵系統(tǒng)控制精度不高、液壓閥動(dòng)作滯后等缺點(diǎn)，有效地提高了企業(yè)的節(jié)電效率并降低了設(shè)備的維護(hù)成本。

　　合康變頻HID618注塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器的主要優(yōu)勢(shì)

　　以下將以合康變頻HID618注塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器為例，介紹其為注塑成型加工所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

　　1.節(jié)能降耗

　　同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的節(jié)能體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是電動(dòng)機(jī)上的節(jié)能，交流永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極采用永磁材料，基本無(wú)消耗，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高于0.95。而普通三相交流異步機(jī)會(huì)消耗較大的無(wú)功功率，功率因數(shù)低于0.85;二是工藝上的節(jié)能，由液壓公式P功率=P壓力×Q排量×N轉(zhuǎn)速/60，可知液壓功率跟壓力、液壓泵的排量和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是相關(guān)聯(lián)的;而功率的時(shí)間累積就是能耗，因此在壓力不變的情況下有效地改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者液壓泵的排量就可以節(jié)省能耗。

　　2.快速響應(yīng)、縮短周期

　　在電動(dòng)機(jī)方面，結(jié)構(gòu)與工作原理決定了電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度。普通異步電動(dòng)機(jī)加減速時(shí)間長(zhǎng)，配合變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)間一般>600ms;而永磁同步電動(dòng)機(jī)加減速時(shí)間短，配合伺服驅(qū)動(dòng)器的時(shí)間大約為20~50ms。

　　在工藝方面，使用同樣排量的液壓泵，異步電動(dòng)機(jī)不具備弱磁擴(kuò)速，而同步伺服電動(dòng)機(jī)具有可以弱磁擴(kuò)速500r/min的能力。注塑機(jī)的動(dòng)作快慢是由流量決定的，因此同步電動(dòng)機(jī)液壓泵可以使注塑成型周期縮短。

　　3.提高精度

　　由同步電動(dòng)機(jī)液壓泵系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)際的液壓信息，液壓給定與液壓反饋信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后獲得輸出轉(zhuǎn)速指令。這種控制方法可以使實(shí)際的液壓值跟隨液壓指令變化。通過(guò)調(diào)試，可以使得液壓控制精度在1%以內(nèi)。而傳統(tǒng)定量泵系統(tǒng)采用液壓開(kāi)環(huán)控制方式，實(shí)際的液壓不能進(jìn)行精確的控制。

　　4.降低油溫

　　定量泵系統(tǒng)為恒速供油，會(huì)導(dǎo)致高壓溢流、油溫高;而伺服泵系統(tǒng)為變速供油，無(wú)高壓溢流、油溫低。油溫低則黏度下降慢、壓力特性好，因此調(diào)機(jī)方便;同時(shí)，油封老化周期延長(zhǎng)，節(jié)省了維修費(fèi);再者，油泄漏量少，工作環(huán)境干凈;此外，可減少注塑機(jī)的冷卻水量，節(jié)省水塔投資費(fèi)用，且車間工作環(huán)境的溫度降低，也節(jié)省了車間降溫費(fèi)用。

　　合康變頻HID618同步伺服驅(qū)動(dòng)器改造應(yīng)用案例

　　在某鍵盤生產(chǎn)廠，采用合康變頻HID618-T4-22G對(duì)其注塑機(jī)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)器改造。該注塑機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為17.8kW，轉(zhuǎn)矩為100Nm，額定轉(zhuǎn)速為1700r/min。

　　1.進(jìn)行伺服液壓泵改造的必要性

　　該工廠主要生產(chǎn)電腦鍵盤等產(chǎn)品，其原有注塑機(jī)采用傳統(tǒng)的三相異步電動(dòng)機(jī)+變量泵的液壓系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的高壓溢流和油溫高等原因，導(dǎo)致設(shè)備油封老化快，設(shè)備需要頻繁的維護(hù)保養(yǎng)，運(yùn)行成本高且生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)效率和降低運(yùn)行成本，該廠決定對(duì)其注塑機(jī)進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)的液壓泵改造。

　　2.伺服系統(tǒng)改造的方案設(shè)計(jì)

　　(1)改造前的匹配性檢查。在改造過(guò)程中，合康變頻專門對(duì)其伺服液壓泵和同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了匹配檢查，發(fā)現(xiàn)伺服液壓泵并未根據(jù)原有注塑機(jī)的噸位和流量進(jìn)行選擇。噸位和流量之間有大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此要給注塑機(jī)做選型配置時(shí)，一定要知道注塑機(jī)的流量和系統(tǒng)壓力。其次是要根據(jù)選用的伺服液壓泵選擇相匹配的同步電動(dòng)機(jī)。再就是根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇。

　　針對(duì)改造前注塑機(jī)同步電動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題，合康變頻專門設(shè)計(jì)了注塑機(jī)伺服節(jié)能控制解決方案，采用合康變頻HID618系列注塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器采用永磁同步電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)矢量控制算法，集成了注塑機(jī)專用控制卡，用于伺服液電混合注塑機(jī)中的伺服電動(dòng)機(jī)控制。對(duì)給定的流量、壓力指令和壓力反饋信號(hào)，可快速、準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，為注塑機(jī)系統(tǒng)提供所需要的壓力和流量，完全實(shí)現(xiàn)按需供油，極大地減少了傳統(tǒng)液壓旁路的溢流損失，滿足了塑料成型快速、精確和節(jié)能的要求。

　　(2)合理的接線方法

　　合康變頻將原有動(dòng)力系統(tǒng)的星三角啟動(dòng)線路拆除，取原電源至同步驅(qū)動(dòng)器HID618的電源進(jìn)線端，同步驅(qū)動(dòng)器的出線端接同步電動(dòng)機(jī)。

　　在用同步機(jī)改造注塑機(jī)系統(tǒng)時(shí)，由于更換了液壓泵，原液壓泵所帶的壓力比例閥和流量比例閥不再使用。在比例閥和流量閥輸出0~1A電流信號(hào)的情況下，串聯(lián)一個(gè)50Ω、100W的電阻，經(jīng)合康變頻LKZ-F015-V01電流電壓轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為0~10V信號(hào)，然后接入變頻器模擬量輸入端子。此外，還需將同步電動(dòng)機(jī)的編碼器信號(hào)接到注塑卡的脈沖信號(hào)通道，將液壓泵的壓力傳感器信號(hào)接入同步電動(dòng)機(jī)的模擬量通道。

　　改造后，在使用過(guò)程中還有一些注意事項(xiàng)：同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)非?？?，要求PID調(diào)節(jié)異常靈敏，現(xiàn)場(chǎng)可將模擬量通道的模擬濾波時(shí)間設(shè)置成0.01s或0，PID輸出緩沖時(shí)間也可以設(shè)置為0;對(duì)系統(tǒng)PID給定壓力值和反饋壓力值精度要求較高，一旦這兩個(gè)值有干擾，會(huì)直接影響PID調(diào)節(jié)效果?？梢栽谶@兩個(gè)模擬量的輸入端采取并聯(lián)電容的方式減小輸入信號(hào)的波動(dòng);比例閥和流量閥輸出并傳回串入的電阻，如果散熱性能不佳將會(huì)導(dǎo)致輸入的模擬量波動(dòng);系統(tǒng)響應(yīng)快，因此加減速時(shí)間可以設(shè)置為F0.11=0.020s，F(xiàn)0.12=0.020s，系統(tǒng)才可以正常工作;旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線接入到擴(kuò)展板旋變輸入端子。在正常情況下，旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)信號(hào)源R1-R2導(dǎo)通，正弦信號(hào)源S1-S3間導(dǎo)通，余弦信號(hào)源S2–S4間導(dǎo)通，且S1-S3間的電阻值與S2–S4間電阻值大小相等。

　　3.改造同步電動(dòng)機(jī)控制后的效果

　　該鍵盤生產(chǎn)廠對(duì)其注塑機(jī)進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)改造后，取得了一系列積極的效果：

　　(1)徹底消除了高壓節(jié)流，比原異步電動(dòng)機(jī)+變量泵系統(tǒng)節(jié)電40%;

　　(2)響應(yīng)迅捷，從0~100%的升、降速時(shí)間≤0.02s，變?yōu)?~100%的壓力變化 快可達(dá)20ms，提高了生產(chǎn)效率;

　　(3)控制精確，重復(fù)精度誤差達(dá)到了0.1%，制品精密且抗過(guò)載能力強(qiáng)，伺服的力矩過(guò)載倍數(shù)≥300%;

　　(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)換靈活，速度、轉(zhuǎn)矩控制能靈活切換，平滑減輕了開(kāi)/鎖沖擊，延長(zhǎng)了液壓泵、機(jī)械和模具的使用壽命，并降低了噪聲，改善了工作環(huán)境。

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