國內(nèi)電動注塑機控制系統(tǒng)之研討
1983年日精樹脂公司向世界首次推出了全電動注塑機，開辟了注塑工業(yè)一個嶄新的領(lǐng)域，國內(nèi)電動注塑機開發(fā)還是近幾年的事，目前國內(nèi)塑膠機制造商電動注塑機其控制系統(tǒng)主要還是借鑒國外先進技術(shù)，較多的采用伺服控制器驅(qū)動伺服電機類控制系統(tǒng)，雖然有樣機基本開發(fā)出來并通過參加行業(yè)展覽會向市場推出，全電動注塑機以節(jié)能、環(huán)保、高效、高精為特征，盡管此類機器性能優(yōu)良，但由于伺服控制器、伺服電機成本較大、售價高要得國內(nèi)客戶購買定單變成商品也尚待時日，國內(nèi)市場占有率還較低；因性價比與日本、德國全電動注塑機尚有差距在國外市場亦沒有競爭優(yōu)勢，要把全電動注塑機變成一個利潤新的增長點，一方面要不斷完善、提高此伺服類全電動注塑機機器性能，重要的是要在降低機器成本上下工夫。如何開發(fā)高性能、低成本電動注塑機是注塑機制造商應(yīng)該思考與研究的課題，控制系統(tǒng)除了以工控機、伺服控制器驅(qū)動伺服電機類經(jīng)典模式外，由于新型電力電子器件、計算機技術(shù)的發(fā)展以及矢量變頻技術(shù)的成熟應(yīng)用，為降低成本，我們完全可以大膽構(gòu)想使用PLC技術(shù)、矢量變頻器控制交流永磁同步電機或交流感應(yīng)異步變頻電機，以開發(fā)出新的電動塑機控制系統(tǒng)，同時滿足系統(tǒng)高性能要求。國內(nèi)有眼光、有實力制造商為此正投入研發(fā)資金進行了不懈的技術(shù)攻關(guān)，以求取得技術(shù)突破。 新構(gòu)想控制系統(tǒng)特征、性能簡述如下：
一．交流永磁同步全電動注塑機控制系統(tǒng)：
三相永磁同步電機屬于高性能交流伺服電機，其轉(zhuǎn)子選用稀土永磁材料本身產(chǎn)生固定方向的磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖著”轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步速。由于稀土永磁體轉(zhuǎn)子沒有勵磁損耗，不發(fā)熱，永磁電機沒有勵磁線圈與鐵心，磁體的體積較原來磁場極所占空間小，沒有損耗，因此為得到同樣輸出功率整機的體積、質(zhì)量可減少30%以上，故永磁電機具有體積小、質(zhì)量輕、效率高、特性好等一系列優(yōu)點，永磁電機正常工作時，應(yīng)配有磁極位置傳感器（如光電編碼器），以便于啟動時控制住起始位置。
同容量永磁同步電機體積小、重量輕、價格要高于感應(yīng)異步電機，由于不需要從電網(wǎng)吸收無功電流，轉(zhuǎn)子上即無銅耗又無鐵耗，在很寬的負載范圍內(nèi)能保持接近于1的功率因素，在相同的情況下，使用變頻器控制同步電機比控制異步電機更節(jié)能（省電20%以上），機器效率比同容量的異步電機高，動態(tài)響應(yīng)好，輸出扭矩大，閉環(huán)控制精度高，制動性能好，其性能與效率是使用變頻誘導(dǎo)式電機無法超越的。
交流永磁同步全電動注塑機控制系統(tǒng)采用觸摸屏和PLC、變頻器技術(shù)、交流永磁同步電機做驅(qū)動源。由于同步永磁電機比誘導(dǎo)電機雖價格高但有性能優(yōu)勢（更節(jié)能、高效、動態(tài)響應(yīng)好、輸出扭矩大），實際應(yīng)用前景更看好。
二．誘導(dǎo)式感應(yīng)異步全電動注塑機控制系統(tǒng)：
誘導(dǎo)式電機實際上是一種特制的三相異步感應(yīng)電機，與普通異步電機相比，誘導(dǎo)式電機專為變頻調(diào)速控制所設(shè)計，如帶強制冷風扇，定子線圈選用較高絕緣材料，帶編碼器實現(xiàn)位置及速度控制，使用加強法蘭、熱敏電阻保護。其工作原理同普通異步電機一樣，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，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，既為異步電機。
異步電機結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，使用變頻器驅(qū)動可以進行無級調(diào)速，因誘導(dǎo)電機是感應(yīng)式的不存在永磁轉(zhuǎn)子退磁問題，有更好的柔性（存在滑差）。缺點：異步電機效率低，低速運轉(zhuǎn)時發(fā)熱且轉(zhuǎn)矩變小，諧波損耗大，速度變動率大，動態(tài)性能不佳，功率因數(shù)小。
誘導(dǎo)式全電動注塑機控制系統(tǒng)主要采用運動控制技術(shù)、PLC技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、交流感應(yīng)異步變頻電機。由于變頻器比伺服驅(qū)動器有價格優(yōu)勢，且性能的不斷提高（應(yīng)用矢量控制變頻器），使用變頻器替代伺服控制器，交流異步電機替代伺服電機成為可能，從而降低成本。
三．電動-液壓復(fù)合式注塑機：
國內(nèi)電動注塑機控制系統(tǒng)之研討
慧聰網(wǎng) 2006年5月25日17時31分 信息來源：力勁集團深圳領(lǐng)威科技有限公司
電動-液壓復(fù)合式注塑機，集合全電動及全液壓兩類注塑機之優(yōu)勢，是注塑機發(fā)展方向。如儲料改用電馬達，以實現(xiàn)節(jié)能、高效、高精之目標，其它為液壓驅(qū)動；全電動注塑機也不是所有機構(gòu)都采用伺服電機，一些對制品質(zhì)量影響不大且對控制精度要求不高的驅(qū)動部分用其他類型的電機代替，如頂針，調(diào)模和射臺移動用普通電機或變頻電機，以降低成本。
全電動注塑機控制系統(tǒng)性能之比較
序號 項目 伺服控制器驅(qū)動伺服同步電機 變頻器驅(qū)動永磁同步電機 變頻器驅(qū)動感應(yīng)異步電機
1 控制系統(tǒng)價格 較 高 中 較 低
2 電機功率密度 大 ＞133W/kg 100W/kg
3 電機驅(qū)動電流波形 正弦波 正弦波或方波 正弦波
4 電機是否存在退磁 存 在 存在 不存在
5 電機制動 制動性能好、高精度位置控制 停止時可采用發(fā)電
制動 需用直流勵磁后才能進行發(fā)電制動
6 是否需磁極位置
傳感器 需 要 需 要 不需要
7 系統(tǒng)優(yōu)點
同容量電機體積小、質(zhì)量輕、高響應(yīng)、高精度、效率高、低速大轉(zhuǎn)矩輸出，節(jié)能 同容量電機體積小、質(zhì)量輕、調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快、精度高、效率高、制動性能好、低速大轉(zhuǎn)矩，比異步電機節(jié)能20%以上 電機結(jié)構(gòu)堅固、耐環(huán)境性強、價格便宜、可高速恒功率輸出運行、大轉(zhuǎn)矩輸出
8 系統(tǒng)缺點 價格最高、電機有退磁問題 價格較高、電機有退磁問題 低速運轉(zhuǎn)時發(fā)熱且轉(zhuǎn)矩變小,動態(tài)性能不佳,容量小時效率低控位精度、響應(yīng)較低
9 應(yīng)用趨勢 小噸位伺服全電動注塑機 中、小噸位永磁全電動注塑機 大噸位的全電動注塑機
綜上所述，全電動注塑機應(yīng)用伺服控制器驅(qū)動伺服電機系統(tǒng)目前性能最優(yōu)，但由于開發(fā)成本大，性價比降低；應(yīng)用誘導(dǎo)式異步電機全電動注塑機系統(tǒng)成本較低，只是控制技術(shù)因其自身的功率因數(shù)、效率以及發(fā)熱問題也始終無法克服；而永磁同步電機技術(shù)越來越成熟，制造成本上也與異步電機越來越接近，加上節(jié)能的需要，筆者認為從成本、性價比綜合考慮全電動注塑機控制系統(tǒng)開發(fā)趨勢應(yīng)為應(yīng)用矢量變頻器控制交流永磁同步電機系統(tǒng)。（力勁集團深圳領(lǐng)威科技有限公司）
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