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應(yīng)用設(shè)計

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偉創(chuàng)變頻器在注塑機中的應(yīng)用

偉創(chuàng)變頻器在注塑機中的應(yīng)用

半個世紀以來,塑料已成為工農(nóng)業(yè)和民用主要的材料之一。注塑機就是一種專用的塑料成型機械。它利用塑料的熱塑性,經(jīng)適當加熱熔化后,加高壓快速流入模腔經(jīng)一定時間保壓、冷卻。成為各種型材和塑料制品。在注塑機上推廣應(yīng)用變頻器可以實現(xiàn)節(jié)約電能、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低油污染和噪聲污染,延長機器使用壽命等優(yōu)點,因此將逐步推廣使用。

    注塑機的工藝步驟如下:

1、鎖合模:模板快速,接近定模板,且確認無異物存在時,系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓,將模板鎖合。

2、注射臺前移:噴嘴與模具緊貼。

3、注射:注射螺桿以一定的壓力和速度將料筒前端的熔料注入模腔。

4、保壓、冷卻:通過此動作,使模腔內(nèi)的塑料制品冷卻成形。

5、預塑:傳統(tǒng)上應(yīng)用液壓馬達驅(qū)動螺桿并后退,料斗中加入的塑料粒子被前推進行預塑。螺桿后退到預定位置,停止轉(zhuǎn)動,準備下一次注射。

6、注射臺后退,開模。

7、頂出制品。

     以上這些動作在傳統(tǒng)的注塑機上都是以液壓系統(tǒng)來完成的。由油泵和不同閥門的配合產(chǎn)生的壓力和流量,提供油缸和液壓馬達所要求的推動力和移動速度。

     眾所周知,油泵的輸出功率

 Pt=p*qt=p*V*n        (1)

而油泵的理論轉(zhuǎn)矩:

Tt=1/2pi*p*V          (2)

式中p為壓力,qt為流量,V為油泵排量,n為油泵轉(zhuǎn)速,pi=3.14 將(2)式代入(1)式得:

Pt=2pi* Tt *n          (3)

    如果忽略機械能到液壓能轉(zhuǎn)換過程中的能量損失,則可近似認為油泵的輸出功率與電機的輸出轉(zhuǎn)矩與電機轉(zhuǎn)速成正比。因此可以看出,當系統(tǒng)要求低流量時,系統(tǒng)要求的功率其實是非常低的。但是實際情況卻是,由于電動機始終運行在工頻50Hz狀態(tài)上,并不能根據(jù)實際的需求來降低其轉(zhuǎn)速,從而減小流量。因此多余的液壓油通過溢流閥流回油箱,造成能源的白白浪費。

     偉創(chuàng)SF81、SF91系列注塑機伺服控制器,采用系統(tǒng)壓力、流量單閉環(huán)或雙閉環(huán)的方式,液壓系統(tǒng)按照實際需要的流量和壓力來供油,克服了普通定量泵系統(tǒng)高壓溢流產(chǎn)生的高能耗,在預塑、合模、射膠等高流量工作階段電機按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速工作,在保壓、冷卻等低流量工作階段降低了電機轉(zhuǎn)速或電機不轉(zhuǎn),油泵電機實際能耗大大降低了。

     且SF81、SF91系列注塑機伺服控制器響應(yīng)速度快,壓力上升時間和流量上升時間快至50mS,提高了液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度,減少了動作轉(zhuǎn)換時間,加快了整機的運行節(jié)拍;注塑機液壓系統(tǒng)自動運行時,當有閥門打開時,系統(tǒng)壓力會瞬間下降,伺服系統(tǒng)可以在50MS以內(nèi)迅速補充油量,恢復壓力至設(shè)定值。系統(tǒng)穩(wěn)壓精度高,重復精度高、省料,油溫溫升低,安裝調(diào)試簡單方便。

     普通的VVVF調(diào)速方式,即變壓變頻,當頻率與電壓的比率保持恒定,則電機的磁通不變。由于此種方式?jīng)]有速度反饋裝置,即不能準確反映電機的真實轉(zhuǎn)速,而電機亦采用的是三相異步電機,轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速同定子旋轉(zhuǎn)磁場間存在轉(zhuǎn)差,當外部負載發(fā)生變化時,轉(zhuǎn)差率也隨之變化,但變頻器并不能對此進行補償,致使油泵轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,造成了流量的誤差,直接導致制品質(zhì)量的下降。      而且,變壓變頻的另一缺陷在于,當輸出頻率為0Hz時,理論輸出電壓為0V,電機定子的磁通Фm近似為0,從而影響了電機的起動特性,加速響應(yīng)相對比較緩慢。而對于注塑機而言,往往在完成某些例如注射等動作時,需要瞬時提供高壓力、大流量,如果采用開環(huán)通用變頻器,其起壓響應(yīng)難以達到要求,影響注塑壓力。

     偉創(chuàng)SF81、SF91系列伺服控制器采用了轉(zhuǎn)子磁場定向的控制理論,即對異步電機的電流進行坐標變換,等效成直流電機的控制方式。在三相坐標系下的定子交流電流ia、ib、ic通過三相/兩相變換,可以等效成兩相靜止坐標系下的交流電流iα,iβ,在通過按轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換,可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流it、im。im相當于直流電機的勵磁電流,it相當于直流電機中同轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。由于無論電機處在什么狀態(tài),運行或靜止,其勵磁電流im始終存在,而轉(zhuǎn)矩的大小只要獨立調(diào)節(jié)電樞電流it,故可以使異步電機始終處于高動態(tài)的狀態(tài),其從0rpm加速至1000rpm的時間只需50ms,改變了變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性差的不足,對于注塑機整個運行循環(huán)的跟隨性非常高。

    通過系統(tǒng)對電機的自學習,精確測量了定子的電阻和電感,從而使勵磁電流im恒定,從而恒定磁通Фm。再由于電機轉(zhuǎn)差頻率 ωs=K*it/Фm            (4) 即當磁通Фm恒定時,矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率在動態(tài)中與轉(zhuǎn)矩成正比,則定子磁場頻率 ω1=ω ωs              (5) (ω為轉(zhuǎn)子頻率)可以受控。這就意味著,當負載產(chǎn)生波動,變頻器控制部分可迅速計算出實際轉(zhuǎn)差頻率ωs,從而給出定子精確的旋轉(zhuǎn)頻率,使電機轉(zhuǎn)速保持不變,提高了電機面對負載變化的運行穩(wěn)定性。

      綜上所述,偉創(chuàng)SF81、SF91系列伺服控制器因其高動態(tài)性、穩(wěn)定性好、安裝調(diào)試簡易等特性,很適于注塑機的節(jié)能應(yīng)用。

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