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

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

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

2．電動-液壓式注塑機是集液壓和電驅(qū)動于一體的新型注塑機，它融合了全液壓式注塑機的高性能和全電動式的節(jié)能優(yōu)點，這種電動-液壓相結(jié)合的節(jié)能型注塑機已成為國內(nèi)注塑機技術(shù)發(fā)展的一個主導(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)能型注塑機上的應(yīng)用。

注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的壓力和流量。對于油泵馬達而言，注塑過程的負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)計由高壓節(jié)流造成的能量損失高達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)特點如下：

1.變頻節(jié)能型注塑機

傳統(tǒng)的注射機沒有對機器的驅(qū)動電機進行調(diào)整，即只要機器通電，電機就始終以額定轉(zhuǎn)速運行。由于電機與油泵同軸，油泵將以額定排量將油吸入液壓系統(tǒng)中，當系統(tǒng)需要的流量小于油泵所提供的流量時，多余的油將被回流，這勢必極大浪費。在注塑機的幾個動作階段中，只有鎖模、射膠、熔膠、開模三個階段是需要對控制對象實施速度控制的，保壓階段僅需要進行壓力控制。見下表：

變頻節(jié)能型注射機克服了傳統(tǒng)注射機的這一弊病。當系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時，電機的轉(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"。

由于是異步電機直接加上變頻器運行，沒有速度閉環(huán)精確控制，主電機的加速與減速時間較長，會影響生產(chǎn)效率。因而在控制過程中引入了各動作控制電磁換向閥的控制信號，以便對注射機所處的工藝流程進行鑒別判斷，提前給出加速與減速指令，實現(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，使主電機停轉(zhuǎn)。變頻技術(shù)對于老式機型實現(xiàn)節(jié)能化尤其重要，近年來，不少注塑企業(yè)都試驗在普通注射機上安裝變頻器來觀察效果，據(jù)企業(yè)反映，前幾年的變頻器對于控制精度和響應(yīng)時間的影響非常大，這主要由于當時的變頻器主要為通用型，隨著技術(shù)迅速發(fā)展，注射機專用變頻器出現(xiàn)，目前在生產(chǎn)非高精度產(chǎn)品時，采用高品質(zhì)變頻器已經(jīng)能夠為企業(yè)節(jié)省相當可觀的能源。但是，在對生產(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)用就會遭遇很大困難。

2.變量泵注塑機

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，同時電機負載也會隨著排量而改變，達到省電的目的。變量泵與標準定量泵的主要區(qū)別是輸出功率不同，變量泵的輸出功率是隨負載的變化而變化，而定量泵的輸出功率相對恒定，在小流量動作情況下，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)令注射機液壓系統(tǒng)輸出與整機運行所需功率匹配，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30-50%的節(jié)電效果。對射膠保壓時間較長的厚身或大型制品，節(jié)電的優(yōu)越性更加明顯。同時，相同電機功率可配用更大排量油泵，令整機速度加快。

變量泵注射機一般情況下用于小型機，對于中、大型注射機來講，采用變量泵對設(shè)備成本增加太多，很不經(jīng)濟。中、大型注射機一般均采用多個定量泵聯(lián)合工作的方式來達到變換動作速度的目的，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。另外變量泵對油的清潔度要求較高，這增加了變量泵注射機的使用成本，進而限制了其應(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，在一些技術(shù)交流會和行業(yè)媒體上，很多有識之士已經(jīng)提到將伺服永磁同步電機應(yīng)用于注塑機上。

異步電機(感應(yīng)電機)的工作原理是通過定子的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(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。因此,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定是小于同步速的(沒有這個差值，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。而同步電機轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生)，定子旋轉(zhuǎn)磁場"拖著"轉(zhuǎn)子磁場(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動，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。永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速n始終為n=60f/p不變，式中f為設(shè)定頻率，p為電機極對數(shù)。由于交流伺服電機中的轉(zhuǎn)子是永磁材料，在工作時不需要勵磁，銅耗和鐵耗也很小，因此伺服永磁同步電機的效率和功率因數(shù)都在92%以，所以其性能與效率是使用異步電機和變頻器的組合無法比擬的。

伺服永磁同步電機的工作原理，如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)的定子磁場中插入一個由永磁材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子磁場徑向分布）,磁場相互作用就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場矢量與定子磁場矢量相差180度。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與定子磁場的轉(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)磁場的旋轉(zhuǎn)速度從而改變電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。但此時相當于電機空載，電機輸出轉(zhuǎn)矩為零，只有加上一定的負載，轉(zhuǎn)子磁場矢量與定子磁場矢量相差才會小于180度，這時的輸出轉(zhuǎn)矩才與電樞電流有關(guān)，撤消負載時，轉(zhuǎn)子將沿定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向加速，轉(zhuǎn)子磁場矢量與定子磁場矢量向等于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)子將在慣性的推動下沖過此點，然后又在轉(zhuǎn)矩的作用下回復(fù)，這就是同步電機的變頻調(diào)速振蕩。如果我們逐漸加大負載（轉(zhuǎn)子磁場矢量與定子磁場矢量相角差也向小于180度的方向變化），在一定的電流下，電機轉(zhuǎn)矩將逐漸增大，并出現(xiàn)一個最大點，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，要對伺服電機進行精密控制，就必須要有特別的驅(qū)動器來實現(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多年以及在多個行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗，專為注塑機行業(yè)開發(fā)的NAS系列伺服驅(qū)動器，通過隨時調(diào)節(jié)定子磁場矢量方向，使轉(zhuǎn)子磁場矢量與定子磁場矢量相位差保持在輸出轉(zhuǎn)矩最大點，從而實現(xiàn)通過調(diào)節(jié)定子磁場矢量大小控制電機輸出轉(zhuǎn)矩，進而實現(xiàn)速度伺服、位置伺服。