国内电动注塑机控制系统之研讨 - 文章

国内电动注塑机控制系统之研讨

作者：力劲集团高级工程师汪存亮

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1983年日精树脂公司向世界首次推出了全电动注塑机，开辟了注塑工业一个崭新的领域，国内电动注塑机开发还是近几年的事，目前国内塑胶机制造商电动注塑机其控制系统主要还是借鉴国外先进技术，较多的采用伺服控制器驱动伺服电机类控制系统，虽然有样机基本开发出来并通过参加行业展览会向市场推出，全电动注塑机以节能、环保、高效、高精为特征，尽管此类机器性能优良，但由于伺服控制器、伺服电机成本较大、售价高要得国内客户购买定单变成商品也尚待时日，国内市场占有率还较低；因性价比与日本、德国全电动注塑机尚有差距在国外市场亦没有竞争优势，要把全电动注塑机变成一个利润新的增长点，一方面要不断完善、提高此伺服类全电动注塑机机器性能，重要的是要在降低机器成本上下工夫。如何开发高性能、低成本电动注塑机是注塑机制造商应该思考与研究的课题，控制系统除了以工控机、伺服控制器驱动伺服电机类经典模式外，由于新型电力电子器件、计算机技术的发展以及矢量变频技术的成熟应用，为降低成本，我们完全可以大胆构想使用PLC技术、矢量变频器控制交流永磁同步电机或交流感应异步变频电机，以开发出新的电动塑机控制系统，同时满足系统高性能要求。国内有眼光、有实力制造商为此正投入研发资金进行了不懈的技术攻关，以求取得技术突破。新构想控制系统特征、性能简述如下：

一．交流永磁同步全电动注塑机控制系统：

三相永磁同步电机属于高性能交流伺服电机，其转子选用稀土永磁材料本身产生固定方向的磁场，定子旋转磁场“拖着”转子磁场转动，即转子的转速一定等于同步速。由于稀土永磁体转子没有励磁损耗，不发热，永磁电机没有励磁线圈与铁心，磁体的体积较原来磁场极所占空间小，没有损耗，因此为得到同样输出功率整机的体积、质量可减少30%以上，故永磁电机具有体积小、质量轻、效率高、特性好等一系列优点，永磁电机正常工作时，应配有磁极位置传感器（如光电编码器），以便于启动时控制住起始位置。

同容量永磁同步电机体积小、重量轻、价格要高于感应异步电机，由于不需要从电网吸收无功电流，转子上即无铜耗又无铁耗，在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率因素，在相同的情况下，使用变频器控制同步电机比控制异步电机更节能（省电20%以上），机器效率比同容量的异步电机高，动态响应好，输出扭矩大，闭环控制精度高，制动性能好，其性能与效率是使用变频诱导式电机无法超越的。

交流永磁同步全电动注塑机控制系统采用触摸屏和PLC、变频器技术、交流永磁同步电机做驱动源。由于同步永磁电机比诱导电机虽价格高但有性能优势（更节能、高效、动态响应好、输出扭矩大），实际应用前景更看好。

二．诱导式感应异步全电动注塑机控制系统：

诱导式电机实际上是一种特制的三相异步感应电机，与普通异步电机相比，诱导式电机专为变频调速控制所设计，如带强制冷风扇，定子线圈选用较高绝缘材料，带编码器实现位置及速度控制，使用加强法兰、热敏电阻保护。其工作原理同普通异步电机一样，是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流，产生电磁转矩，转子中并不直接产生磁场，转子的转速小于旋转磁场的同步转速，既为异步电机。

异步电机结构简单、价格便宜，使用变频器驱动可以进行无级调速，因诱导电机是感应式的不存在永磁转子退磁问题，有更好的柔性（存在滑差）。缺点：异步电机效率低，低速运转时发热且转矩变小，谐波损耗大，速度变动率大，动态性能不佳，功率因数小。

诱导式全电动注塑机控制系统主要采用运动控制技术、PLC技术、变频调速技术、交流感应异步变频电机。由于变频器比伺服驱动器有价格优势，且性能的不断提高（应用矢量控制变频器），使用变频器替代伺服控制器，交流异步电机替代伺服电机成为可能，从而降低成本。

三．电动-液压复合式注塑机：

电动-液压复合式注塑机，集合全电动及全液压两类注塑机之优势，是注塑机发展方向。如储料改用电马达，以实现节能、高效、高精之目标，其它为液压驱动；全电动注塑机也不是所有机构都采用伺服电机，一些对制品质量影响不大且对控制精度要求不高的驱动部分用其他类型的电机代替，如顶针，调模和射台移动用普通电机或变频电机，以降低成本。

全电动注塑机控制系统性能之比较

综上所述，全电动注塑机应用伺服控制器驱动伺服电机系统目前性能最优，但由于开发成本大，性价比降低；应用诱导式异步电机全电动注塑机系统成本较低，只是控制技术因其自身的功率因数、效率以及发热问题也始终无法克服；而永磁同步电机技术越来越成熟，制造成本上也与异步电机越来越接近，加上节能的需要，笔者认为从成本、性价比综合考虑全电动注塑机控制系统开发趋势应为应用矢量变频器控制交流永磁同步电机系统。

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文章内容仅供参考 (投稿) (1/19/2006)


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