異步電機維修
談談注塑機伺服電機如何節能
時間：2011-8-29 8:58:21 來源：西安西瑪電機廠 作者： 點擊：
油馬達、油缸：油馬達及油缸分別將液能轉回旋轉動能及線形動能，來驅動如螺桿的塑化及注射動作。如油泵一樣，轉換過程中產生了熱量，提高了油溫。
油管: 壓力油在油管內流動，在管接頭處轉彎，都會與管壁及自相摩擦而降低了壓力，產生了熱能。廉價的注塑機都會用小的管徑來降低成本，但必然便提高了油在管內的流速，摩擦的損失增加，油溫便升得更高，便浪費更多的能量。
定量泵為何耗能？
用恒定轉速的異步電機來帶動定量泵，油泵是輸出恒定的流量的，但注塑周期中的各個動作，如開合模、頂出、塑化、注射及保壓，甚至待機狀態對流量的要求都不同。動作用不著的流量便在當時的設定壓力下流回油箱。所需動作越慢，流回油箱的量越多，浪費的能量便越多。同樣，設定的壓力越大，流回油箱的浪費便越大。浪費了的能量都變為熱能，將油溫提高。
在注塑周期中，保壓所需的油量很低，因螺桿前行的速度只需要足夠填補成品冷卻時的收縮量，估計不會超過油泵流量的5%，那油泵95%以上的流量便在保壓壓力下流回油箱。成品壁厚越大，保壓時間便越長，浪費的能量便越多。從另一角度看，可以節能的幅度便越大，或節能的額外投資的回本期越短。
一般來講，當動作的速度離全速越遠、動作的時間越長、壓力越大，潛在節能的幅度便越大。
變量泵如何變量？
從以上得知，節能的鑰匙在于能夠改變流量。變量泵能提供從零到最大的流量，而且是在異步電機恒速轉動下能提供的。
最常用的變量泵采用斜盤軸向柱塞設計。當斜盤的角度是零（最大），柱塞的排量便是零（最大）。按流量的需要將斜盤的角度改變，從而達到流量的調節。
變頻器如何變量？
變頻器改變交流電的頻率，將市電的50 Hz變為5 ~ 50 Hz，使異步電機的轉速在10% ~ 100%中改變。配上定量泵后，油流量便在10% ~ 100%中改變。
由于變頻器是一臺強電流電子設備，它本身亦消耗電能，故節能效果較變量泵遜色。
異步電機的設計是為了恒速使用的，便沒有考慮轉子慣性的優化。轉子每次加速減速如需要0.1秒，一個周期內不下20次的變速便需要2秒。一般用家都會發覺變頻器的使用拖慢了生產率，再降低它的吸引性。
定量泵多數是葉片泵。葉片泵利用離心力將葉片壓緊泵殼做成密封，才能將油泵出來。當轉速降下來時，離心力也降下來，故在低流量時，內漏增加，油泵的效率下降。
其實變頻器只是在注塑機翻新改進時加進去，因只涉及接線的改動，比定量泵改為變量泵的工夫少及簡單很多。新購買注塑機時是不會用定量泵配變頻器的。
伺服電機
伺服電機是為加速減速優化的。伺服電機如何能在維持扭矩之下降低慣性？原來是利用了以下的物理關系。（∝是代表“正比于”的數學符號。）
扭矩 ∝ 轉子直徑 （線性比例）
慣性 ∝（轉子直徑)2 （平方比例）
扭矩 ∝ 轉子長度 （線性比例）
平方比例較線性比例提升得快。如轉子直徑增加20%，（轉子直徑)2便增加44%（1.22 = 1.44）。
伺服電機的轉子設計用小直徑來降低慣性，再以長的轉子來回復失去的扭矩。伺服電機的外觀也明顯看見是直徑小但長度大的。
某日本供應商采用釹(neodymium)磁鐵(是稀土磁鐵的一種)來產生轉子的磁場，比一般的鐵氧體磁鐵(ferrite magnet)強，故扭矩便能提高。此供應商更采用了磁阻扭矩(reluctance torque)來產生額外的扭矩。
采用永磁來產生磁場亦比用電磁或電感產生磁場的效率更高，因為就避免了線圈的損失及渦流的損失。
伺服電機從0 rpm速到2000 rpm，只需要0.05 秒。因此，用變速伺服電機來驅動油泵，拖慢生產力的情況只在短于5秒周期時才能察覺。
伺服電機在制動時變了發電機，驅動制動電阻，而動能則在制動電阻上變為熱能，散發在大氣中。有瑞士注塑機廠在其全電機中采用儲能電池吸收了制動的動能，然后釋放出來驅動電機。這充分體現了節能的本色：利用額外的設備來節省（在這里應稱為回收再用）能源。
全電機
全電機的省電效果是眾所周知的。全電機的驅動也是用伺服電機的，只不過它最少用四個伺服電機來直接驅動注射、塑化、開合模及頂出動作。其余的動作如抽芯/旋脫，射臺及調模有用伺服電機，亦有用較便宜的電機來驅動。
直接驅動采用螺絲或曲臂將旋轉的動能變為線性的動能，或采用皮帶或齒輪將高速的旋轉動能變為低速的旋轉動能。
伺服電機驅動油泵，油流過管道到達油缸或油馬達，再轉換為動能與全電機比較，直接驅動節省了兩個轉換過程，估計可節約10%的能量。兩者之間的比較，表列于后。
待機狀態
啟動了注塑機的電機后而注塑機沒有動作的狀態稱為待機狀態。
在以下的情況下，注塑機是處于待機狀態的。
1. 當冷卻時間比塑化時間長，多出來的冷卻時間中，注塑機是處于待機狀態的。產品越厚，待機狀態時間便越長。
2. 機械手取出成品/水口時。
3. 半自動操作時操作員打開安全門取出成品/水口或插件時。
異步電機驅動變量泵在待機狀態時是恒速轉動但沒有流量的，但在一臺11 kW的注塑機上測出電機的電流是7 A，比11 kW電機的24 A額定電流是一個大的比例（29%）。
伺服電機驅動變量泵在待機狀態時是不轉動的。虛耗的只是伺服電機（電子）驅動器的能量。以11 kW伺服電機為例，電流不到1 A。
油溫作指示
伺服電機驅動油泵的節能效果，從壓力油油溫可見一班。
采用一臺50噸注塑機注塑單腔的航空杯，在華南的夏季及沒有壓力油冷卻的條件下，油溫只有37度攝氏。
如壓力油的升溫是節能的指示，這一點是連異步電機驅動變量泵都望塵莫及的。
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