注塑机交流伺服电机节能改造组件选型指导.doc

注塑机交流伺服电机节能改造组件选型指导2011-11-18 15:30:38深圳市蓝海华腾技术有限公司供稿一、伺服泵系统的原理速度N控制流量，当流量建立了压力之后，由PID控制速度，稳定油压（即流量，压力均由速度予以控制）在油压还没有建立的时候，管路尚有空间，此时，用流量正比与转速的方式运转油泵，管路很快充油。油会受到管路的限制，很快建立油压。当油压建立起来之后，利用PID调整出来的转速N控制，由于PID 的平衡作用原理，油压可以稳定在给定值。总结为：压力未到，伺服马达速度由流量指令控制；压力到达，伺服马达速度由压力指令和压力反馈差值运算出来的速度控制。注塑机伺服泵的组件与选型配置计算方法。二、改造组件1、当面临一套注塑机伺服系统的时候，我们必须考虑与此相关的电气接口和机械接口，以及相关的配件。 新配套的油泵；（大小规格视原系统流量而定） 新配套的伺服马达；（大小规格视新油泵排量和系统压力而定） 新配套的伺服驱动器；（大小规格视新泵排量，压力，和马达额定转速而定） 连接油泵与马达的法兰盘；（大小规格视油泵，马达的机械安装尺寸而定） 连接油泵与进出油口的法兰块（压装式或螺栓连接式）； 压力传感器及安装口；（统一为1/4PT螺纹。0-10VDC对应0-250BAR） 驱动器用制动电阻（大小规格视驱动器而定） 驱动器与电机编码器的连接电缆（标准，长度自定） 驱动器到马达的功率电缆 抗干扰磁环（功率线绕一个大的，信号线各绕一个小的） 制动单元 0-1A -0-10V的信号转换板2、改造普及常识1： 在定量泵的年代，一般采用叶片泵，因为噪声比较低，同时由于离心叶片的原理，可以自动补偿流量 定量泵一般有日本油研的PV2R系列，威格士V系列，TOKIMEC 的SQP系列 为了达到节能的目的，有些地方采用双联泵，判断一个油泵是单联泵还是双联泵，除了可以从型号上分辨之外，最简单的判别方法就是看油口，双联泵一般有2个油口，而单联泵一般只有1个油口。3、改造普及常识2： 由于各种油泵的不容易获得性，故改造绝大部分采用上海诚捷的齿轮泵。改造系统中，一般会涉及到油泵的机械安装尺寸，特别要注意的是，目前采用英制油泵比较多，因此，推荐采用英制尺寸的油泵。 改造的情况下，油泵最高转速一般不超过2000RPM。 改造的情况下，必须关注油泵的机械数据：油泵轴径，油泵定位圆（俗称止口）油泵的安装螺栓过孔，油泵轴长，油泵进出油口连接到油管的法兰 必须考虑压力传感器的安装方式，一般安装在出油口三、油泵的参数选择总则和计算 1、油泵的参数,表征一台油泵，应当有以下数据： 连续供油压力（额定压力），单位:MPa 峰值压力（壳体能承受的的最高压力）,单位：MPa 排量（每旋转一圈，所能排出的油的体积），单位:CC/rev 油泵的额定转速，单位RPM2、油泵选择: 假定已知老油泵的排量67CC/R, 和老电机的转速为1460RPM 计算老机器的总流量为 67CC/R*1460R/min/1000=98L/min 假定选择上海诚捷油泵，则按照2000RPM的速度运行，为了满足98L/MIN的流量，则新油泵的排量为98L/min /2000RPM=49CC/R 所以选择NT4-50G 的诚捷油泵四、伺服马达1、马达设计时以扭矩为原则，而不是功率原则。同一个扭矩下，有4个转速可供选择，即：1350RPM，1500RPM，1700RPM，2000RPM。2、马达设计时，完全依照油泵的排量和压力决定扭矩，基本上做到一个排量的油泵有一个对应的扭矩3、马达在小功率一般采用自然冷却，大功率段一般采用风扇强制冷却。4、马达内置PTC或者KTY温度传感器，可以对马达进行有效保护。5、从35NM到195NM，均采用相同的安装尺寸。这样可以方便用户进行机械加工。6、目前设计的马达，可以支持卧式机和立式机。195NM电机可以支持125CC 140KG的压力的系统。选择伺服电机 电机技术参数：在改造的情况下，我们采用380V，带旋转变压器编码器，带油封的伸轴电机 ，一般选择额定1500RPM的电机，这样可以尽可能降电流，降低成本 速性能：额定1500R的电机，超速到2200RPM,可保持87%的输出扭矩；选择电机时以扭矩为原则，而不是功率原则。完全依照油泵的排量和压力决定扭矩，基本上做到一个排量的油泵有一个对应的扭矩，因为一个一定排量的油泵要加压到一定的压力决定了电机应当提供的扭矩。根据液压学原理： 电机应当提供的最大扭矩：Tmax=0.0159*P*q(NM)其中，P为系统压力-kgf/cm2，q为油泵排量,cc/rev 考虑过载能力：由于注塑机在一个工作周期中,完全的满负载的情况是极少的.大多数时间工作在高速低压或者高压低速的状况,同时由于电机本身的过载能力比较强,因此,取1.5倍的过载能力是适当的。故电机的额定扭矩应当为：Tm=Tmax/1.5 计算举例假定油泵为50CC/REV,系统压力为140kgf/cm2.则电机的额定扭矩为Tm=0.015950140/1.5=74NM.故选择70NM扭矩的电机由于采用齿轮泵，则最大速度2000RPM,可以使用额定1500RPM的电机超速故电机全部数据为70NM,1500RPM电机。五、选择伺服驱动器1、蓝海华腾伺服泵驱动器命名: V8-H-I0铭牌上变频器型号一栏用数字和字母表示了产品系列、电源等级、功率等级及软硬件的版本等信息。2、蓝海华腾伺服驱动器的特点： 油泵的广泛适应性。在早期的测试过程中，为了提高油泵的适应性，所测试的油泵采用了国产最差控制特性的油泵。因此可以在现有的油泵体系中，体现最佳的控制特性。 可靠的硬件设计，在国内同行业中故障率最低，环境适应性最高。3、伺服驱动器针对油泵的选型总则：（与前面的油泵，马达连续举例说明）驱动器应当以电流原则选型，而不是功率匹配原则当伺服驱动器驱动油泵时，很显然的有以下特点： 负载电流正比于油泵的排量，这可以从前面的公式中得到； 负载电流正比于油泵的压力，这可以从前面的公式中得到； 负载电流反比与马达的额定转速，这可以从电机学中关于扭矩，扭矩系数的描述中得到。 实践的参考值：一台63CC的油泵，采用额定2000RPM的电机，保压到140kgf/cm2时，需要耗用的电流为68A 新配置的油泵的保压时的电流应当为：I=现有油泵排量/63现有压力/140现有电机额定转速/200068 例如：一台50CC的油泵，需要保压到175kg/cm2,采用额定1500RPM的电机则保压到175kg/cm2时候的电流I=50/63175/1401500/200068=50.5A 由于蓝海华腾的伺服驱动器，过载1.5倍的时间为1分钟。为了保压1分钟，因此，可以用最大电流除以1.5，从而得到驱动器额定电流；Ie=50.5/1.5=33A 经查： 可以使用V8-H-4T18.5六、连接油泵和马达的法兰盘（机械件）1、连接油泵的法兰从安装方式来说有两种 法兰落地，支撑油泵和马达 马达落地，支撑法兰和油泵2、制作法兰的标准法兰是一个非常重要的组件，一般对于同心度的要求在50um以内，才能保障系统有较好的效果。如果制作精度不够时，将会导致同心度不好，体现在： 机械噪音明显增大，尤其在高速段表现突出（1200RPM以上）； 马达的轴承，以及油泵的轴承，油封加剧，降低寿命。 机械的震动加剧。3、制造一个法兰，必须具备油泵的机械尺寸数据和马达的机械尺寸数据： 油泵的轴径 油泵的轴长 油泵的定位圆（俗称止口或凸台） 油泵的安装螺栓的过孔的直径 油泵安装螺栓的过孔的中心圆直径 马达的轴径 马达的轴长 马达的定位圆（俗称止口或凸台） 马达的安装螺栓的过孔的直径 马达安装螺栓的过孔的中心圆直径七、压力传感器的信号与安装压力传感器也是一个非常重要的部件，当压力传感器线形不好，或者品质稳定性欠佳的时候，将直接导致伺服系统不能正常工作，甚至可能导致压力直接升高。从而导致爆油管，引发恶性事故。市面主流的压力传感器品牌：丹麦丹佛斯MB3*系列、瑞士HUBA、美国HONEYWELL、国产百赛 PIM系列 （东莞松山湖留学创业园）。压力传感器技术指标： 0-250kgf/cm2-010vdc,或1-5VDC，或4-20MA 1/4 PT管螺纹，提高密封性 插头型接线方式，方便用户接线。提醒：在改造工程的情况下，一定要注意在出油口的法兰块预留压力传感器的安装口。八、0-1A DC转010VDC的信号转换板（流量和压力）在定量泵的年代，由于PQ阀组件控制流量和压力，这个PQ阀需要一定的功率才可以被驱动，而这个PQ阀被设计成0-1ADC的信号执行器，因此，在早期PQ阀年代，注塑机电脑被设计成带有两路0-1ADC的模拟输出电路。在注塑机伺服泵系统中，已经取消了PQ阀，自然不在需要01ADC的信号。二是需要010VDC的信号。更换电脑板是不太可能的，因此，这个转换板就有存在的必要性。这个转换板在改造工程中是一个必不可少的部件。九、制动电阻和制动单元从V8-H-4T18.5至V8-H-4T75，蓝海华腾的伺服驱动器可以申请内或外置的制动单元。在V8-H-4T15以下，是标准内置了制动单元。制动单元和制动电阻是两个不同的部件。制动单元本质上是提供一条泻放回路，而制动电阻是这个泻放回路的耗能元件。制动电阻与制动单元的选型表如下： 变频器型号制动单元制动电阻单元制动转矩%制动电阻数量V8H2T0.4标准内置70W2001220V8H2T0.7570W2001125V8H2T1.5260W1001125V8H2T2.2260W701120V8H4T0.7570W7501130V8H4T1.5260W4001125V8H4T2.2260W2501135V8H4T3.7390W1501135V8H4T5.5520W1001135V8H4T7.5780W751130V8H4T111040W501135V8H4T151560W401125V8H4T18.5内置可选4800W321125V8H4T224800W27.21125V8H4T306000W201125V8H4T379600W161125V8H4T459600W13.61125V8H4T556000W202135V8H4T759600W13.62145十、磁环磁环为简单部件，起抗电磁干扰作用。十一、主电缆和编码器电缆高精度伺服控制设备，使用的导线必须是带屏蔽层的电缆线，根据设备功率匹配电缆的过电流能力。选型配置方法在已知注塑机最大需求流量、最高系统压力时，可用下面的方法在油泵/电机/驱动器系列中配型。第一：根据需求的最大流量，计算油泵理论需求排量。理论需求排量=最大流量*1000/最高转速排量单位：毫升/转，流量单位：升/分，转速单位：转/分，最高转速取电机和油泵的最高转速中的较小值。在油泵系列中选择排量大於并最接近理论需求排量的油泵。第二：由油泵排量和系统最大工作压力，计算电机理论需求力矩，选择电机。理论需求力矩=（压力*排量*9.55）/机械效率值*60力矩单位：牛米，压力单位：兆帕 ，机械效率取值1。选择电机中额定力矩与理论需求力矩/2相近的电机。第三：由最大电流选择伺服控制器最大电流=额定电流*最大压力/持续工作压力电流单位：安培。选择伺服控制器中峰值电流大於并最接近需求最大电流的控制器。 B.针对齿轮泵和柱塞泵压力波动的特性，采用噪声消除（Noise Cancellation)控制方法减小油泵输出压力的波动。上述配型方法遵循力矩两倍超载的原则，一般力矩两倍超载的运行时间为20秒，三倍超载的运行时间为5秒，按比例可以计算出30秒、20秒、10秒对应的力矩超载倍数。发展方向伺服电液混合系统：除了用一个伺服电机为注塑机提供总动力外，还可以灵活地用一个电机单独驱动指定的液压部件，或用数个伺服电机实现组合驱动。带位置传感器的伺服电液系统：通过螺杆行进油缸处的位置传感器，可更直接的对射胶过程进行精确的速度和位置控制，试制品的合格率、质量、精度有会进一步提高。 融合塑料成型工艺技术的伺服电液系统：与上位机配合将注塑成型工艺技术与液压动力系统相配合，可以期望将出现成型工艺技术与伺服控制技术融合起来的产品，以满足高端客户的需求。多泵合流伺服电液系统：通过CAN汇流排技术，将若乾伺服电液泵相连接形成多泵合流控制，实现大型注塑机液压控制，优化系统提高效率，增加系统的寿命等。定量泵注塑机节能伺服改造?注塑机伺服节能改造注塑机节能控制器，可根据注塑机电脑板给出的压力及流量信号，经处理后，送入驱动器。随着合模 、射胶、保压、开模等不同工艺段，输出信号，控制驱动器的运行频率。将注塑过程中多余的能量节省下来，节电效果非常显著。实践表明节电20%80%。一、节能原理:注塑机的电能消耗主要是加热体和油泵。1、现行的加热方式效果低，有50%的热能不能利用，白白消耗电能。2、油泵电机全速运转，不需油压时，处于空转状态，消耗电能。本公司开发的注塑机节能控制系统是针对油泵电机实现变速控制，同步跟踪压力和流量实现不同阶段时的不同转速，从而达到节电目的。也就是说，通过控制器调整油泵电机转速，用以改变普通定量泵的输出功率，使其随着负载的变化而变化，将注塑过程中多余的能量及冷却，等待产品的能量节约下来，所以节电效果十分明显，同时还可以提高功率因素。经实际检测，本系统在注塑机上的节能效果可达20%68%，节电效果与注塑机的状态、注塑机容量的多少，注塑周期的长短，注塑的产品及原材料不同，节能效果也不同，同时与工艺也有很大的关系。二、主要特点及功能:1、 节电效果20%80%。2、 电机软启动，减少对机械的冲击。3、 动态调节油泵的功率输出。4、 无高压节流能量损失5、 具有欠压、过压、过载、短路、缺相等自动保护。6、 系统为闭环控制，功率与压力和流量同步自动跟踪控制，大大减轻合模、开模振动，稳定生产工艺、提高产品质量，并减少注塑机故障率，延长注塑机寿命7、 本系统可与原有系统共存，操作方式一样，可互相控制，注塑机伺服节能有什么好处?当然有效，要不现在注塑机怎么会全部采用伺服电机呢？发展伺服注塑机目的：节约资源、降低成本、提升品质、改善工况！注塑行业正面临着一个飞速发展的机遇，然而在注塑产品的成本的构成中，电费占了相当的比例，依据注塑机设备工艺的需求，传统的注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量比例高达80%-90%。随着能源问题日益受到重视，节能降耗是国家基本国策，降本增效是企业竞争核心。节约能源变得越来越重要，设计与制造新一代“节能型”注塑机，就成为迫切需要关注和解决的问题。目前，伺服节能技术，已成功应用到注塑机上，比普通定量泵注塑机节能最高可达80%，比变量泵节能最高可达50%，同时，提高生产效率10%以上，注塑机制造厂商已经开始批量设产，将迅速成为主场主流产品。对于正在使用的普通注塑机的伺服节能改造，也将刻不容缓，增产、节能、降耗等近乎全电机的优点，注塑机客户将得以为力降低成本，美化工作环境，在其他成本上不断上升的今天，相信会大行其道（节能技术，也是IE改善行动之一）。在注塑机制造和使用的发展过程中，节能是永恒的。 传统的注塑机是开环油路定量泵和异步电机系统；异步电机是开启后不会停止的。注塑机动作是有很多程序，每个程序里面还有分阶段不同的功率，这些动作压力、流量有很大的差距；而电机油泵是定量的，排量永远是最大输出，除了熔胶、射胶保压要比较大的排量外，其它的会或大或小，可电机油泵那么大的功率输出到哪里去了呢？除了给需要的动作之外，全由溢流阀、节流阀流回注塑机油箱了，这样形成了大部分浪费。其次，冷却产品过程中注塑机是没有工作的，可电机油泵还是最大的功率输出，全部由溢流阀、节流阀流回油箱，就等于全是在浪费。而且它是开环控制稳定性也没有闭环控制那么好。第三，伺服电机系统是闭环系统，注塑机要多少压力流量就给多少压力流量，不会多也不会少，生产产品非常稳定。因为伺服系统是闭环，让动作油直到动作阀，就是说这个动作要多少压力流量，