完美伺服无感矢量控制

◆注塑机单台功率（11kw）

                 注塑机节能方案

伺服精密无感矢量控制

注塑机节能改造方案

一．前言

我国已持续近两年的电力供应短缺的现象，到2004年形势更加严峻，上半年出现拉闸限电的省市区已经达到24个。今年上半年，电力需求受9.7%GDP增长拉动，继续高速增长，并呈“工业用电继续保持快速增长，高耗电行业用电增长居高不下”的特征。而电力供应能力则增加有限，出现持续供应不足的局面，致使电力供需矛盾紧张，缺电范围和持续缺电地区进一步扩大。

对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一，注塑机的能耗成为注塑行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。

目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期过程中的变化，注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力不同，以及负荷变化很大，由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能在挡板，油路泄露，油的温升中消耗，加剧了各种阀的的磨损，又造成油温过高，电机噪音过大，以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计电机的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电能的在量浪费。因此推交置在注塑机上的应用，对于减少能源费具有重要意义。

二．注塑机工作原理及改造的必然性

注塑过程一般分为以下步骤：锁模→注射保压→熔胶加料→冷却定型→开模顶针。每一动作的完成都有时间、压力、速度、位置等几个参数的精妙配合，也就是说在某一位置的位移都有相应的压力和速度，且在不同的位置和时间内其压力和速度都是可变的。同时每一动作完成后发出终止信号传送给程序控制器，程序控制器收到信号后才发出执行下一动作的指令。此外注塑机系统本身还存在一些弱点：

*、注塑机动作内部有着十分剧烈的突变过程：如锁模过程中，快速锁模→慢速低压护模→高压高速锁模的工况突变就很剧烈的；又如注射过程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射胶过程工况也是很剧烈的，对机器的冲击非常大，影响了整个注塑系统的寿命。

第二、动作油路制动达不到设计的精度，油路制动的开闭取决于电磁阀，而电磁阀的动作又取决于过程控制器提供的电压和电流，因大多数注塑机都没有死循环控制，阀的开闭精度就会大打折扣，尤其是阀的开闭程度在10%以下和90%以上时，某一动作在此状态下被执行很难保证其稳定性和重复精度。

第三 、执行动作的油缸本身有油封破损，内泄现象，执行动作的可靠性和稳定性不高。这是由于多数时间内，负载的实际耗油量均小于油泵的供油量，造成高压状态下的液压油部分经溢流阀、比例阀等液压元件溢出。该溢流部分不仅未作任何有用功，而且产生热量，造成液压油发热，既耗能，又有害。采用注塑机的伺服无感矢量运行，就能很好的解决这些问题，既提高了整个注塑系统的精度和稳定性，减少巨大的机械冲击，延长系统使用寿命，又能够节约大量的电能。

第四 、很多客户以前采用变频器控制技术V/F控制方式和同步伺服更换油泵及电机控制为了达到高效的节能效果，我公司的伺服精密无感矢量控制在和同步伺服的情况下相比较我们的伺服比同步伺服更好。优点是：伺服精密无感不用更换电机和油泵（优点），同步伺服必须更换电机和油泵（缺点）同步伺服不是在注塑机每个动作都可以调节只有在注塑机控制系统面板调节(缺点)伺服精密无感矢量可以在不改变原有的控制方式可以随时可以调节所有的注塑机的动作的流量大小及速度扭矩控制（优点）。

三、注塑机伺服无感矢量原理

3.1伺服无感矢量节能改造原理

传统的注塑机是采用变频器和同步伺服改造节能让定量泵变为变量泵：

这*种方式V/F控制节能效果差影响产品周期及效益（投资小）。

第二种方式同步伺服控制节能效果好精密度高不影响周期（投资费用高）维修不方便无法让原有系统运行影响客户生产。

第三种方式伺服精密无感矢量控制节能效果和同步效果一样不影响周期（投资费用中）维修方便可以切换原有系统运行不影响客户使用。

原注塑过程的各个动作对速度、压力的要求也不一样，它是通过注塑机的比例阀采用溢流调节的方式将多余的油旁路流回油箱，在整个过程中，马达的转速是不变的扭矩不大，故供油量也是固定的，而由于执行动作是间隙性的，也并不可能是满负载的，因此定量供油就有很大的浪费空间，据实测至少有50%左右。伺服精密无感矢量节能正是针对这一浪费空间，实时检测来自注塑机数控系统的每个动作控制及比例压力和比例流量信号，适时调整各个工况动作所需的马达转速及扭矩(即流量调节)，让泵出的流量和压力，刚好能满足系统的需要，而在非动作状态时（主要是在冷却状态及保压），让马达停止运行，这样节能空间就进一步地增大了，故对注塑机进行伺服无感精密矢量节能改造能够带来巨大的节能效果。

伺服无感矢量控制框架流程图

3．2伺服无感矢量节能装置的控制系统

四、伺服无感矢量控制特点

伺服精密无感矢量是适用于注塑机及压铸机节能打造异步电动机变为同步伺服电动机控制技术软件，采用优良精密的控制策略使其具有较快的动态响应，*的电流限制技术和硬件优化设计，使产品具有*的过载能力，能保证在负载频繁波动的情况下，伺服精密无感矢量不跳闸。并具有以下特点：

1．高可靠性

完善的可靠性设计方案：如冗余设计，降额设计等，所有元器件全部采用工业或*等级，关键元器件全部采用进口元件，如三菱IPM模块、BHC电容、IXYS整流桥等。关键电路全部采用高集成度厚膜IC，从而保证整机的可靠性；

2．市电分析耗电量

单泵注塑机11kw 1台、  负载率为：60%

电机功率为：11kw 电机极数6p  电机电流为：28A 380V 电费按照平均值计算取0.85元/ 度:

根据上面的实际数据计算每月改造前注塑机每年耗电量为：6.65万度电量，每年消耗的人民币为

：5.65万元左右。

伺服精密无感矢量节能分析

电机功率为：11kw 电机总电流为：28A 380V 电费按照平均值计算取0.85元/ 度节电率取40%计算

原有的改造前每年消耗的人民币是5.655万元 – 节能的改造后每年消耗的人民币是3.393元=2.26元节约的人民为2.26万左右，客户投资设备费用在一年左右收回成本。

设备整套系统包调试为1.1万，本系统不报跨现场设备配线及辅料等。

保留注塑机原有控制方式油路不变，采用*的微电脑控制技术，使定量泵变伺服精密节能泵，注塑机液压系统与整机运行所需要的功率匹配，无高压节流溢流能量之损失，提高油泵电机功率因素至0.96以上，节电率一般达30%~60%，所有投资费用在6~18个月便可收回。

3．软启动节能

由于电机为直接启动或Y/Δ启动，启动电流等于（3-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的损坏，而且会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。而使用伺服精密无感矢量节能改造后，用伺服无感矢量控制启动功能将使启动电流从零开始，大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电的要求延长了设备和模具的使用寿命。

4．动态功率因数补偿节能

 无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因数的降低。由公式S²=P²+Q²

Q=S*SINΦ，P=S*COSΦ，其中：S-视在功率，Q-无功功率，P-有功功率，COSΦ-功率因数。可知当COSΦ越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑机COSΦ值在0。6-0。8之间，而使用伺服无感矢量调扭矩节能控制装置后，由于伺服无感矢量控制内部有滤波电容使得COSΦ≈1，从而减小了无功损耗，增大了电网的有功功率。

5．*的过载能力和动态响应速度

伺服精密无感矢量控制采用*的控制算法和*的限流技术，确保在注塑过程中，能承受起启停重负载的冲击而不跳闸，以确保生产过程的连续性。高速的动态响应，大限度减小制品成形周期的延迟现象。

完善的EMC设计:伺服无感矢量控制采用完善的EMC设计方案，内部布局优化设计，采用多种EMI对策，确保对注塑机电气系统的干扰减小到小，保证其工作的稳定性。

五.结束语

     随着塑料制品的广泛应用及其产量的迅猛增长，塑料机械已成为建材、电子电气、石化、汽车、机械、包装等行业的重要技术装备，伺服精密无感矢量控制应用在注塑机节能改造上，是行之有效的节能方法，值得向塑料制品行业大力推广。