注塑機伺服驅(qū)動器的節(jié)能應(yīng)用

　　注塑成型加工行業(yè)屬于生產(chǎn)密集型產(chǎn)業(yè)，注塑機作為其主力設(shè)備，是*的“耗能大戶”，加上塑料制品種類多樣性和機型配置單一性，因此電能利用率普遍較低。同時，隨著行業(yè)內(nèi)競爭日趨激烈，成本戰(zhàn)導(dǎo)致企業(yè)的利潤空間進一步縮小，而電費占總成本的比例越來越高?；谶@種現(xiàn)狀，合康變頻科技（武漢）有限公司（以下簡稱“合康變頻”）致力于電動機調(diào)速驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)改進，其同步機驅(qū)動器憑借著優(yōu)良的性能和質(zhì)量成功地解決了傳統(tǒng)注塑機的液壓泵系統(tǒng)控制精度不高、液壓閥動作滯后等缺點，有效地提高了企業(yè)的節(jié)電效率并降低了設(shè)備的維護成本。
　　
　　合康變頻HID618注塑機伺服驅(qū)動器的主要優(yōu)勢
　　
　　以下將以合康變頻HID618注塑機伺服驅(qū)動器為例，介紹其為注塑成型加工所帶來的優(yōu)勢。
　　
　　1．節(jié)能降耗
　　
　　同步電動機驅(qū)動器的節(jié)能體現(xiàn)在兩個方面，一是電動機上的節(jié)能，交流永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁極采用永磁材料，基本無消耗，電動機功率因數(shù)高于0.95。而普通三相交流異步機會消耗較大的無功功率，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機的轉(zhuǎn)速是相關(guān)聯(lián)的；而功率的時間累積就是能耗，因此在壓力不變的情況下有效地改變電動機轉(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
　　
　　在電動機方面，結(jié)構(gòu)與工作原理決定了電動機的響應(yīng)速度。普通異步電動機加減速時間長，配合變頻器驅(qū)動時間一般>600ms；而永磁同步電動機加減速時間短，配合伺服驅(qū)動器的時間大約為20~50ms。
　　
　　在工藝方面，使用同樣排量的液壓泵，異步電動機不具備弱磁擴速，而同步伺服電動機具有可以弱磁擴速500r/min的能力。注塑機的動作快慢是由流量決定的，因此同步電動機液壓泵可以使注塑成型周期縮短。
　　
　　3．提高精度
　　
　　由同步電動機液壓泵系統(tǒng)檢測實際的液壓信息，液壓給定與液壓反饋信號進行運算后獲得輸出轉(zhuǎn)速指令。這種控制方法可以使實際的液壓值跟隨液壓指令變化。通過調(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)采用液壓開環(huán)控制方式，實際的液壓不能進行的控制。
　　
　　4．降低油溫
　　
　　定量泵系統(tǒng)為恒速供油，會導(dǎo)致高壓溢流、油溫高；而伺服泵系統(tǒng)為變速供油，無高壓溢流、油溫低。油溫低則黏度下降慢、壓力特性好，因此調(diào)機方便；同時，油封老化周期延長，節(jié)省了維修費；再者，油泄漏量少，工作環(huán)境干凈；此外，可減少注塑機的冷卻水量，節(jié)省水塔投資費用，且車間工作環(huán)境的溫度降低，也節(jié)省了車間降溫費用。
　　
　　合康變頻HID618同步伺服驅(qū)動器改造應(yīng)用案例
　　
　　在某鍵盤生產(chǎn)廠，采用合康變頻HID618-T4-22G對其注塑機進行了驅(qū)動器改造。該注塑機的電動機功率為17.8kW，轉(zhuǎn)矩為100Nm，額定轉(zhuǎn)速為1700r/min。
　　
　　1.進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，其原有注塑機采用傳統(tǒng)的三相異步電動機+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)備需要頻繁的維護保養(yǎng)，運行成本高且生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)效率和降低運行成本，該廠決定對其注塑機進行同步電動機的液壓泵改造。
　　
　　2.伺服系統(tǒng)改造的方案設(shè)計
　　
　　（1）改造前的匹配性檢查。在改造過程中，合康變頻專門對其伺服液壓泵和同步電動機進行了匹配檢查，發(fā)現(xiàn)伺服液壓泵并未根據(jù)原有注塑機的噸位和流量進行選擇。噸位和流量之間有大致的對應(yīng)關(guān)系，因此要給注塑機做選型配置時，一定要知道注塑機的流量和系統(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機。再就是根據(jù)同步電動機的主要參數(shù)進行伺服驅(qū)動器的選擇。
　　
　　針對改造前注塑機同步電動機存在的問題，合康變頻專門設(shè)計了注塑機伺服節(jié)能控制解決方案，采用合康變頻HID618系列注塑機伺服驅(qū)動器。該驅(qū)動器采用永磁同步電動機的閉環(huán)矢量控制算法，集成了注塑機控制卡，用于伺服液電混合注塑機中的伺服電動機控制。對給定的流量、壓力指令和壓力反饋信號，可快速、準(zhǔn)確地控制電動機轉(zhuǎn)速，為注塑機系統(tǒng)提供所需要的壓力和流量，*實現(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、和節(jié)能的要求。
　　
　?。?）合理的接線方法
　　
　　合康變頻將原有動力系統(tǒng)的星三角啟動線路拆除，取原電源至同步驅(qū)動器HID618的電源進線端，同步驅(qū)動器的出線端接同步電動機。
　　
　　在用同步機改造注塑機系統(tǒng)時，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電流信號的情況下，串聯(lián)一個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0~10號，然后接入變頻器模擬量輸入端子。此外，還需將同步電動機的編碼器信號接到注塑卡的脈沖信號通道，將液壓泵的壓力傳感器信號接入同步電動機的模擬量通道。
　　
　　改造后，在使用過程中還有一些注意事項：同步電動機系統(tǒng)響應(yīng)非?？欤驪ID調(diào)節(jié)異常靈敏，現(xiàn)場可將模擬量通道的模擬濾波時間設(shè)置成0.01s或0，PID輸出緩沖時間也可以設(shè)置為0；對系統(tǒng)PID給定壓力值和反饋壓力值精度要求較高，一旦這兩個值有干擾，會直接影響PID調(diào)節(jié)效果?？梢栽谶@兩個模擬量的輸入端采取并聯(lián)電容的方式減小輸入信號的波動；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導(dǎo)致輸入的模擬量波動；系統(tǒng)響應(yīng)快，因此加減速時間可以設(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)變壓器信號線接入到擴展板旋變輸入端子。在正常情況下，旋轉(zhuǎn)變壓器激勵信號源R1-R2導(dǎo)通，正弦信號源S1-S3間導(dǎo)通，余弦信號源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.改造同步電動機控制后的效果
　　
　　該鍵盤生產(chǎn)廠對其注塑機進行同步電動機改造后，取得了一系列積極的效果：
　　
　?。?）*消除了高壓節(jié)流，比原異步電動機+變量泵系統(tǒng)節(jié)電40%；
　　
　?。?）響應(yīng)迅捷，從0~100%的升、降速時間≤0.02s，變?yōu)?~100%的壓力變化zui快可達20ms，提高了生產(chǎn)效率；
　　
　?。?）控制，重復(fù)精度誤差達到了0.1%，制品精密且抗過載能力強，伺服的力矩過載倍數(shù)≥300%；
　　
　?。?）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/鎖沖擊，延長了液壓泵、機械和模具的使用壽命，并降低了噪聲，改善了工作環(huán)境。