注塑机伺服驱动器的节能应用

　　注塑成型加工行业属于生产密集型产业，注塑机作为其主力设备，是*的“耗能大户”，加上塑料制品种类多样性和机型配置单一性，因此电能利用率普遍较低。同时，随着行业内竞争日趋激烈，成本战导致企业的利润空间进一步缩小，而电费占总成本的比例越来越高。基于这种现状，合康变频科技（武汉）有限公司（以下简称“合康变频”）致力于电动机调速驱动技术的研发改进，其同步机驱动器凭借着优良的性能和质量成功地解决了传统注塑机的液压泵系统控制精度不高、液压阀动作滞后等缺点，有效地提高了企业的节电效率并降低了设备的维护成本。
　　
　　合康变频HID618注塑机伺服驱动器的主要优势
　　
　　以下将以合康变频HID618注塑机伺服驱动器为例，介绍其为注塑成型加工所带来的优势。
　　
　　1．节能降耗
　　
　　同步电动机驱动器的节能体现在两个方面，一是电动机上的节能，交流永磁同步电动机转子磁极采用永磁材料，基本无消耗，电动机功率因数高于0.95。而普通三相交流异步机会消耗较大的无功功率，功率因数低于0.85；二是工艺上的节能，由液压公式P功率=P压力×Q排量×N转速／60，可知液压功率跟压力、液压泵的排量和电动机的转速是相关联的；而功率的时间累积就是能耗，因此在压力不变的情况下有效地改变电动机转速或者液压泵的排量就可以节省能耗。
　　
　　2．快速响应、缩短周期
　　
　　在电动机方面，结构与工作原理决定了电动机的响应速度。普通异步电动机加减速时间长，配合变频器驱动时间一般>600ms；而永磁同步电动机加减速时间短，配合伺服驱动器的时间大约为20~50ms。
　　
　　在工艺方面，使用同样排量的液压泵，异步电动机不具备弱磁扩速，而同步伺服电动机具有可以弱磁扩速500r/min的能力。注塑机的动作快慢是由流量决定的，因此同步电动机液压泵可以使注塑成型周期缩短。
　　
　　3．提高精度
　　
　　由同步电动机液压泵系统检测实际的液压信息，液压给定与液压反馈信号进行运算后获得输出转速指令。这种控制方法可以使实际的液压值跟随液压指令变化。通过调试，可以使得液压控制精度在1%以内。而传统定量泵系统采用液压开环控制方式，实际的液压不能进行的控制。
　　
　　4．降低油温
　　
　　定量泵系统为恒速供油，会导致高压溢流、油温高；而伺服泵系统为变速供油，无高压溢流、油温低。油温低则黏度下降慢、压力特性好，因此调机方便；同时，油封老化周期延长，节省了维修费；再者，油泄漏量少，工作环境干净；此外，可减少注塑机的冷却水量，节省水塔投资费用，且车间工作环境的温度降低，也节省了车间降温费用。
　　
　　合康变频HID618同步伺服驱动器改造应用案例
　　
　　在某键盘生产厂，采用合康变频HID618-T4-22G对其注塑机进行了驱动器改造。该注塑机的电动机功率为17.8kW，转矩为100Nm，额定转速为1700r/min。
　　
　　1.进行伺服液压泵改造的必要性
　　
　　该工厂主要生产电脑键盘等产品，其原有注塑机采用传统的三相异步电动机+变量泵的液压系统，由于系统的高压溢流和油温高等原因，导致设备油封老化快，设备需要频繁的维护保养，运行成本高且生产效率低。为了提高生产效率和降低运行成本，该厂决定对其注塑机进行同步电动机的液压泵改造。
　　
　　2.伺服系统改造的方案设计
　　
　　（1）改造前的匹配性检查。在改造过程中，合康变频专门对其伺服液压泵和同步电动机进行了匹配检查，发现伺服液压泵并未根据原有注塑机的吨位和流量进行选择。吨位和流量之间有大致的对应关系，因此要给注塑机做选型配置时，一定要知道注塑机的流量和系统压力。其次是要根据选用的伺服液压泵选择相匹配的同步电动机。再就是根据同步电动机的主要参数进行伺服驱动器的选择。
　　
　　针对改造前注塑机同步电动机存在的问题，合康变频专门设计了注塑机伺服节能控制解决方案，采用合康变频HID618系列注塑机伺服驱动器。该驱动器采用永磁同步电动机的闭环矢量控制算法，集成了注塑机控制卡，用于伺服液电混合注塑机中的伺服电动机控制。对给定的流量、压力指令和压力反馈信号，可快速、准确地控制电动机转速，为注塑机系统提供所需要的压力和流量，*实现按需供油，极大地减少了传统液压旁路的溢流损失，满足了塑料成型快速、和节能的要求。
　　
　　（2）合理的接线方法
　　
　　合康变频将原有动力系统的星三角启动线路拆除，取原电源至同步驱动器HID618的电源进线端，同步驱动器的出线端接同步电动机。
　　
　　在用同步机改造注塑机系统时，由于更换了液压泵，原液压泵所带的压力比例阀和流量比例阀不再使用。在比例阀和流量阀输出0~1A电流信号的情况下，串联一个50Ω、100W的电阻，经合康变频LKZ-F015-V01电流电压转换板转换为0~10号，然后接入变频器模拟量输入端子。此外，还需将同步电动机的编码器信号接到注塑卡的脉冲信号通道，将液压泵的压力传感器信号接入同步电动机的模拟量通道。
　　
　　改造后，在使用过程中还有一些注意事项：同步电动机系统响应非常快，要求PID调节异常灵敏，现场可将模拟量通道的模拟滤波时间设置成0.01s或0，PID输出缓冲时间也可以设置为0；对系统PID给定压力值和反馈压力值精度要求较高，一旦这两个值有干扰，会直接影响PID调节效果。可以在这两个模拟量的输入端采取并联电容的方式减小输入信号的波动；比例阀和流量阀输出并传回串入的电阻，如果散热性能不佳将会导致输入的模拟量波动；系统响应快，因此加减速时间可以设置为F0.11=0.020s，F0.12=0.020s，系统才可以正常工作；旋转变压器信号线接入到扩展板旋变输入端子。在正常情况下，旋转变压器激励信号源R1-R2导通，正弦信号源S1-S3间导通，余弦信号源S2–S4间导通，且S1-S3间的电阻值与S2–S4间电阻值大小相等。
　　
　　3.改造同步电动机控制后的效果
　　
　　该键盘生产厂对其注塑机进行同步电动机改造后，取得了一系列积极的效果：
　　
　　（1）*消除了高压节流，比原异步电动机+变量泵系统节电40%；
　　
　　（2）响应迅捷，从0~100%的升、降速时间≤0.02s，变为0~100%的压力变化zui快可达20ms，提高了生产效率；
　　
　　（3）控制，重复精度误差达到了0.1%，制品精密且抗过载能力强，伺服的力矩过载倍数≥300%；
　　
　　（4）状态转换灵活，速度、转矩控制能灵活切换，平滑减轻了开/锁冲击，延长了液压泵、机械和模具的使用寿命，并降低了噪声，改善了工作环境。