注塑行業(yè)正面臨著一個(gè)飛速發(fā)展的機(jī)遇，然而在注塑產(chǎn)品的成本的構(gòu)成中，電費(fèi)占了相當(dāng)?shù)谋壤罁?jù)注塑機(jī)設(shè)備工藝的需求，傳統(tǒng)的注塑機(jī)油泵馬達(dá)耗電占整個(gè)設(shè)備耗電量比例高達(dá)80%-90%。隨著能源問題日益受到重視，尤其是我國近些時(shí)候循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念得提出，節(jié)約能源變得越來越重要，設(shè)計(jì)與制造新一代"節(jié)能型"注塑機(jī)，就成為迫切需要關(guān)注和解決的問題。

在注塑機(jī)節(jié)能問題上目前存在兩個(gè)解決方案，即全電動(dòng)式和電動(dòng)-液壓混合式，各自主要特點(diǎn)如下：

1．全電動(dòng)式注塑機(jī)有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，據(jù)報(bào)道，目前較先進(jìn)的全電動(dòng)式注塑機(jī)節(jié)電可以達(dá)到70%，另外，由于使用伺服電機(jī)注射控制精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級(jí)調(diào)節(jié)。但全電動(dòng)式注塑機(jī)在使用壽命上不如全液壓式注塑機(jī)，國內(nèi)廠家目前在全電動(dòng)式機(jī)型上還缺乏成熟的技術(shù)和使用經(jīng)驗(yàn)，市場(chǎng)上仍以日系設(shè)備為主。

2．電動(dòng)-液壓式注塑機(jī)是集液壓和電驅(qū)動(dòng)于一體的新型注塑機(jī)，它融合了全液壓式注塑機(jī)的高性能和全電動(dòng)式的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，這種電動(dòng)-液壓相結(jié)合的節(jié)能型注塑機(jī)已成為國內(nèi)注塑機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主導(dǎo)方向。

本文側(cè)重介紹星辰伺服的大功率交流永磁伺服系統(tǒng)在電液混合式節(jié)能型注塑機(jī)上的應(yīng)用。

注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的壓力和流量。對(duì)于油泵馬達(dá)而言，注塑過程的負(fù)載總是處于變化狀態(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)36%-68%。相關(guān)的節(jié)能技術(shù)有變頻節(jié)能技術(shù)和變量泵節(jié)能技術(shù)，各自的技術(shù)特點(diǎn)如下：

1.變頻節(jié)能型注塑機(jī)

傳統(tǒng)的注射機(jī)沒有對(duì)機(jī)器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，即只要機(jī)器通電，電機(jī)就始終以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由于電機(jī)與油泵同軸，油泵將以額定排量將油吸入液壓系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量小于油泵所提供的流量時(shí)，多余的油將被回流，這勢(shì)必極大浪費(fèi)。在注塑機(jī)的幾個(gè)動(dòng)作階段中，只有鎖模、射膠、熔膠、開模三個(gè)階段是需要對(duì)控制對(duì)象實(shí)施速度控制的，保壓階段僅需要進(jìn)行壓力控制。見下表：

變頻節(jié)能型注射機(jī)克服了傳統(tǒng)注射機(jī)的這一弊病。當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟著發(fā)生變化，從而使得油泵排出的油的流量發(fā)生變化，即做到"需要多少給多少"。

由于是異步電機(jī)直接加上變頻器運(yùn)行，沒有速度閉環(huán)精確控制，主電機(jī)的加速與減速時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)影響生產(chǎn)效率。因而在控制過程中引入了各動(dòng)作控制電磁換向閥的控制信號(hào)，以便對(duì)注射機(jī)所處的工藝流程進(jìn)行鑒別判斷，提前給出加速與減速指令，實(shí)現(xiàn)工藝過程與調(diào)速控制的最佳配合。尤其在冷卻工藝流程中，使主電機(jī)停轉(zhuǎn)。變頻技術(shù)對(duì)于老式機(jī)型實(shí)現(xiàn)節(jié)能化尤其重要，近年來，不少注塑企業(yè)都試驗(yàn)在普通注射機(jī)上安裝變頻器來觀察效果，據(jù)企業(yè)反映，前幾年的變頻器對(duì)于控制精度和響應(yīng)時(shí)間的影響非常大，這主要由于當(dāng)時(shí)的變頻器主要為通用型，隨著技術(shù)迅速發(fā)展，注射機(jī)專用變頻器出現(xiàn)，目前在生產(chǎn)非高精度產(chǎn)品時(shí)，采用高品質(zhì)變頻器已經(jīng)能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省相當(dāng)可觀的能源。但是，在對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有較高要求或者在局域電網(wǎng)供電不夠穩(wěn)定的情況下，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用就會(huì)遭遇很大困難。

2.變量泵注塑機(jī)

變量泵節(jié)能型工作原理：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變液壓泵排量，同時(shí)電機(jī)負(fù)載也會(huì)隨著排量而改變，達(dá)到省電的目的。變量泵與標(biāo)準(zhǔn)定量泵的主要區(qū)別是輸出功率不同，變量泵的輸出功率是隨負(fù)載的變化而變化，而定量泵的輸出功率相對(duì)恒定，在小流量動(dòng)作情況下，變量泵的輸出功率很低，而定量泵的輸出功率基本恒定。配備高響應(yīng)功率匹配比例變量泵系統(tǒng)令注射機(jī)液壓系統(tǒng)輸出與整機(jī)運(yùn)行所需功率匹配，無高壓節(jié)流溢流能量損失，特別在射膠工序、熔膠、冷卻工序的節(jié)電效果較高，平均可達(dá)30-50%的節(jié)電效果。對(duì)射膠保壓時(shí)間較長(zhǎng)的厚身或大型制品，節(jié)電的優(yōu)越性更加明顯。同時(shí)，相同電機(jī)功率可配用更大排量油泵，令整機(jī)速度加快。

變量泵注射機(jī)一般情況下用于小型機(jī)，對(duì)于中、大型注射機(jī)來講，采用變量泵對(duì)設(shè)備成本增加太多，很不經(jīng)濟(jì)。中、大型注射機(jī)一般均采用多個(gè)定量泵聯(lián)合工作的方式來達(dá)到變換動(dòng)作速度的目的，通過泵的加載、卸載和匹配，能源消耗也能夠得到合理的控制。另外變量泵對(duì)油的清潔度要求較高，這增加了變量泵注射機(jī)的使用成本，進(jìn)而限制了其應(yīng)用。

雖然以上兩種技術(shù)都有一定的節(jié)能效果，但是存在一些應(yīng)用場(chǎng)合的限制，是否有更好的產(chǎn)品和技術(shù)能夠滿足用戶更高要求的需求呢？

其實(shí)，在一些技術(shù)交流會(huì)和行業(yè)媒體上，很多有識(shí)之士已經(jīng)提到將伺服永磁同步電機(jī)應(yīng)用于注塑機(jī)上。

異步電機(jī)(感應(yīng)電機(jī))的工作原理是通過定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子中并不直接產(chǎn)生磁場(chǎng)。因此,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定是小于同步速的(沒有這個(gè)差值，即轉(zhuǎn)差率，就沒有轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流)，也因此叫做異步電機(jī)。而同步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(chǎng)(用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)"拖著"轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步速，也因此叫做同步電機(jī)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n始終為n=60f/p不變，式中f為設(shè)定頻率，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。由于交流伺服電機(jī)中的轉(zhuǎn)子是永磁材料，在工作時(shí)不需要?jiǎng)?lì)磁，銅耗和鐵耗也很小，因此伺服永磁同步電機(jī)的效率和功率因數(shù)都在92%以，所以其性能與效率是使用異步電機(jī)和變頻器的組合無法比擬的。

伺服永磁同步電機(jī)的工作原理，如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)中插入一個(gè)由永磁材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)徑向分布）,磁場(chǎng)相互作用就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)矢量與定子磁場(chǎng)矢量相差180度。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，我們可以通過改變?nèi)嗾译娏鞯慕蛔冾l率來改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。但此時(shí)相當(dāng)于電機(jī)空載，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為零，只有加上一定的負(fù)載，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)矢量與定子磁場(chǎng)矢量相差才會(huì)小于180度，這時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩才與電樞電流有關(guān)，撤消負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子將沿定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向加速，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)矢量與定子磁場(chǎng)矢量向等于180度的位置變化，但180度處不管電流多大轉(zhuǎn)矩都為零，轉(zhuǎn)子將在慣性的推動(dòng)下沖過此點(diǎn)，然后又在轉(zhuǎn)矩的作用下回復(fù)，這就是同步電機(jī)的變頻調(diào)速振蕩。如果我們逐漸加大負(fù)載（轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)矢量與定子磁場(chǎng)矢量相角差也向小于180度的方向變化），在一定的電流下，電機(jī)轉(zhuǎn)矩將逐漸增大，并出現(xiàn)一個(gè)最大點(diǎn)，此后輸出轉(zhuǎn)矩隨之減小，直到轉(zhuǎn)矩為零，這就是所謂的失步崩潰。

因此，要對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行精密控制，就必須要有特別的驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。桂林星辰電力電子有限公司經(jīng)過多年發(fā)展，有在為軍工行業(yè)服務(wù)10多年以及在多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，專為注塑機(jī)行業(yè)開發(fā)的NAS系列伺服驅(qū)動(dòng)器，通過隨時(shí)調(diào)節(jié)定子磁場(chǎng)矢量方向，使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)矢量與定子磁場(chǎng)矢量相位差保持在輸出轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)定子磁場(chǎng)矢量大小控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)速度伺服、位置伺服。