注塑機伺服電機如何節(jié)能

除了塑料以外，電費是注塑成品的很大成本，有必要節(jié)約。

節(jié)能的本質(zhì): 注塑機要產(chǎn)生如鎖模及注塑等動作，亦要產(chǎn)生熱量將料筒內(nèi)的塑料加熱/塑化。動能及熱能的節(jié)約，只能從減少浪費著手，別無它法。讓我們先溫習(xí)熱力學(xué)的兩大定律。

熱力學(xué)di一定律: 熱力學(xué)的di一定律就是能量守衡。在能量的轉(zhuǎn)換中，能量只從一種型態(tài)變做另一種型態(tài)，但轉(zhuǎn)換之前及之后的能量是相等的，既沒有增加也沒有減少。

熱力學(xué)第二定律: 熱力學(xué)第二定律認為在轉(zhuǎn)換過程中，熱熵(entropy)只會增加，不會減少。熱熵這個概念很難用幾句話講得清楚。對于這個討論來說，第二定律可以簡化為“無用”輸出能量就是熱能。

異步電機: 傳統(tǒng)的注塑機是用異步（鼠籠式）電機來驅(qū)動油泵的。異步電機的定子在三相電的驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。以四極定子及50 Hz 的供電為例，磁場以1500 rpm 的速度轉(zhuǎn)動。

轉(zhuǎn)子上有多條斜放的銅枝，它們都是在末端短接的。鼠籠由此得名。在旋轉(zhuǎn)的磁場下，銅枝上感應(yīng)出電流。電流與磁場相互作用下產(chǎn)生扭力，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場低20~60 rpm，故稱為異步（非同步）電機。

異步電機將電能轉(zhuǎn)換為動能。在轉(zhuǎn)換過程中，由于線圈的電阻、渦流在矽鐵片中的產(chǎn)生及軸承的摩擦，輸出的“有用”動能只是輸入電能的9成左右（在滿載時），其他便轉(zhuǎn)換為熱能。故電機都會自帶風(fēng)扇，將熱能帶走，以免電機過度升溫。

異步電機都能短暫過載達兩倍。過載時，電流增加，故發(fā)熱也增加。在沒有過載保護之下，線圈會燒毀。

油泵: 油泵將旋轉(zhuǎn)的動能轉(zhuǎn)換為液能（壓力及流量）。油泵內(nèi)的摩擦力會降低輸出壓力。油泵的內(nèi)漏會降低輸出流量。故輸出的（有用）液能是比輸入的旋轉(zhuǎn)動能低，而無用的熱能便跑到壓力油去，使其升溫，是注塑機為何要安裝壓力油冷卻器的原因之一。

油馬達、油缸：油馬達及油缸分別將液能轉(zhuǎn)回旋轉(zhuǎn)動能及線形動能，來驅(qū)動如螺桿的塑化及注射動作。如油泵一樣，轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生了熱量，提高了油溫。

油管: 壓力油在油管內(nèi)流動，在管接頭處轉(zhuǎn)彎，都會與管壁及自相摩擦而降低了壓力，產(chǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(tài)對流量的要求都不同。動作用不著的流量便在當(dāng)時的設(shè)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(shè)定的壓力越大，流回油箱的浪費便越大。浪費了的能量都變?yōu)闊崮?，將油溫提高?/span>

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(jié)能的幅度便越大，或節(jié)能的額外投資的回本期越短。

一般來講，當(dāng)動作的速度離全速越遠、動作的時間越長、壓力越大，潛在節(jié)能的幅度便越大。

變量泵如何變量？

從以上得知，節(jié)能的鑰匙在于能夠改變流量。變量泵能提供從零到較大的流量，而且是在異步電機恒速轉(zhuǎn)動下能提供的。

較常用的變量泵采用斜盤軸向柱塞設(shè)計。當(dāng)斜盤的角度是零（zui大），柱塞的排量便是零。按流量的需要將斜盤的角度改變，從而達到流量的調(diào)節(jié)。

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?yōu)? ~ 50 Hz，使異步電機的轉(zhuǎn)速在10% ~ 百分百中改變。配上定量泵后，油流量便在10% ~ 百分百中改變。

由于變頻器是一臺強電流電子設(shè)備，它本身亦消耗電能，故節(jié)能效果較變量泵遜色。

異步電機的設(shè)計是為了恒速使用的，便沒有考慮轉(zhuǎn)子慣性的優(yōu)化。轉(zhuǎn)子每次加速減速如需要0.1秒，一個周期內(nèi)不下20次的變速便需要2秒。一般用家都會發(fā)覺變頻器的使用拖慢了生產(chǎn)率，再降低它的吸引性。

定量泵多數(shù)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(dāng)轉(zhuǎn)速降下來時，離心力也降下來，故在低流量時，內(nèi)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(yōu)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(guān)系。（∝是代表“正比于”的數(shù)學(xué)符號。）

扭矩 ∝ 轉(zhuǎn)子直徑 （線性比例）

慣性 ∝（轉(zhuǎn)子直徑)2 （平方比例）

扭矩