注塑机电机节能技术改造项目可行性研究报告(4)

c 驱动单元的控制方式和选用。变频器的矢量控制的低速力矩特性比V/ F 控制得好, 矢量控制低速可输出150 %的额定力矩, 其制品质量好; 带PG反馈的矢量控制的动态速降小, 动态速降的恢复时间短, 其制品质量更好; 伺服系统零速可输出200 %的额定力矩, 动态速降更小。采用伺服系统驱动的节能型注塑机, 其节能效果最好, 效率最高, 制品质量最好。

在液压系统中，泵的输出功率为W=PXQ ，式中，P为泵输出压力，Q为泵输出流量，从该表达式中可以看出，改变泵的输出压力或输出流量，均可改变泵的输出功率。总所周知，注塑机各个动作所需的功率不一样，而且变化较大，若能使泵的输出功率与负载功率相匹配，则可达到节省能源的效果。不难看出，在负载一定的情况下，在定量泵液压系统中，由于泵输出的流量是一定值，但负载有速度要求，所以一部分流量需从主溢流阀流回油箱，这就是常说的溢流损耗。另外，由于用比例节流阀做调速回路，所以又存在节流损耗。在开环变量泵液压系统中，由于有斜盘改变泵出口的大小，从而改变了泵输出流量的大小，所以没有溢流损耗，但是，开环变量泵在流量控制状态下也存在着节流损耗，所以，开环变量泵的调速回路是容积——节流调速回路。闭环变量泵由于其是用一比例减压阀或比例伺服阀控制斜盘活塞，使斜盘保持一定的开口，当泵输出压力达到预定压力（由压力传感器监测）时，泵切换至压力控制状态，所以，闭环变量泵既无溢流损失，也无节流损失。由于这类液压系统在国内都是用得比较多的，相信大家对这些系统的原理都已耳熟能详，这里不再赘述。对变量泵（开环或闭环）液压系统而言，它有以下必要特性：

表3-1 变量泵（开环或闭环）液压系统的必要特性 必要特性编号 A B 液压系统 节能 压力、流量比例控制 液压泵 容积调速（流量可变） 高机械效率 16

C 动作高响应 压力控制状态和流量控制状态能顺畅地切换 同样，对于伺服节能系统液压系统而言，它也应该有它的必要特性。可以先对伺服电机的工作原理做一番了解，这有助于导出伺服节能系统液压系统的必要特性。

XX公司采用交流伺服电机通常都是标准应用伺服电机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。笼

型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。在这里以杯形转子交流伺服电机为例，其结构如图一：

杯形转子交流伺服电机的结构如图由外定子，杯形转子和内定子脉冲计数装置四部分组成。转子由非磁性导电材料（如铜）制成，内定子仅作磁路用。这类交流伺服电机转动惯量很小。交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的区别。但是，交流伺服电机必须具备一重要特性：可控性。即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。在控制绕组加控制电压（U2）的情况下，励磁绕组和电容串联，产生两相旋转磁场，适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90°，因此便产生旋转磁场，这个旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等，但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起

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来，随着信号（U2）的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变U2的相位，即移相180o（极性改变），旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流（I1），伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T￠、T的合成转矩 T的方向与旋转方向相反，所以电机在控制绕组电压为零时，能立即停止，体现了控制信号的作用，如图二所示。

XX公司采用的伺服系统的临界转差率大于1。这样使伺服电机启动迅速，而且稳定运行范围大。控制电压大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压成正比。控制电压的极性改变时，转子的转向也将改变。图三是交流伺服电动机的机械特性曲线。 可以看出：普通的两相和三

相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。

所以，伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。现在可以导出伺服节能液压系统的必要特性：

表3-2 伺服节能液压系统的必要特性

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必要特性编号 A B C 液压系统 节能 动作高响应 液压泵 变速控制 高机械效率 伺服电机 高响应 高效率 低速时大转矩 适应性 压力流量比例控制 控制对象能顺畅地切换 图四和图五分别是伺服节能系统的马达效率和输出转矩图（与诱导马达对比）。

伺服节能系统液压系统的控制原理：图六、图七是XX公司采用的伺服节能系统液压系统简图。 图六

图七

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该系统也有两种工作状态：流量控制状态和压力控制状态。在流量控制

状态下，压力传感器所监测到的压力小于设定的压力，伺服马达按流量控制状态工作，即控制伺服马达的转速，使泵的输出流量保持在设定值。流量控制状态时，泵处于流量闭环控制状态。在压力控制状态下，压力传感器所监测到的压力将达到或达到设定值时，伺服马达按压力控制状态工作，即控制伺服马达的转速至最小，仅向系统控制泄漏或保压所需的流量。此时泵处在压力闭环控制状态。 2、驱动系统设计

XX公司采用上海御能公司的交流同步伺服控制器和永磁式同步伺服马达作为控制主核心的驱动系统。

永磁式同步伺服马达由定子、转子、高精度反馈元件(如光电编码器等) 组成。采用高性能稀土永磁材料形成气隙磁场具有如下优点: 结构紧凑, 功率密度高; 转子惯量小, 响应速度极快; 超高矫顽力稀土永磁; 抗去磁能力强; 几乎在整个转速范围内可恒转矩输出; 低速转矩脉动小; 平衡精度高, 高速运行平稳; 噪音低、振动小; 全密封设计; 性价比高。

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