注塑机伺服电机节能问题分析

伺服电机

伺服电机是为加速减速优化的。伺服电机如何能在维持扭矩之下降低惯性？原来是利用了以下的物理关系。（∝是代表“正比于”的数学符号。）

扭矩 ∝ 转子直径 （线性比例）
惯性 ∝（转子直径)2 （平方比例）
扭矩 ∝ 转子长度 （线性比例）

平方比例较线性比例提升得快。如转子直径增加20%，（转子直径)2便增加44%（1.22 = 1.44）。

伺服电机的转子设计用小直径来降低惯性，再以长的转子来回复失去的扭矩。伺服电机的外观也明显看见是直径小但长度大的。

某日本供应商采用钕(neodymium)磁铁(是稀土磁铁的一种)来产生转子的磁场，比一般的铁氧体磁铁(ferrite magnet)强，故扭矩便能提高。此供应商更采用了磁阻扭矩(reluctance torque)来产生额外的扭矩。

采用永磁来产生磁场亦比用电磁或电感产生磁场的效率更高，因为就避免了线圈的损失及涡流的损失。

伺服电机从0 rpm速到2000 rpm，只需要0.05 秒。因此，用变速伺服电机来驱动油泵，拖慢生产力的情况只在短于5秒周期时才能察觉。

伺服电机在制动时变了发电机，驱动制动电阻，而动能则在制动电阻上变为热能，散发在大气中。有瑞士注塑机厂在其全电机中采用储能电池吸收了制动的动能，然后释放出来驱动电机。这充分体现了节能的本色：利用额外的设备来节省（在这里应称为回收再用）能源。

全电机

全电机的省电效果是众所周知的。全电机的驱动也是用伺服电机的，只不过它最少用四个伺服电机来直接驱动注射、塑化、开合模及顶出动作。其余的动作如抽芯/旋脱，射台及调模有用伺服电机，亦有用较便宜的电机来驱动。

直接驱动采用螺丝或曲臂将旋转的动能变为线性的动能，或采用皮带或齿轮将高速的旋转动能变为低速的旋转动能。

伺服电机驱动油泵，油流过管道到达油缸或油马达，再转换为动能与全电机比较，直接驱动节省了两个转换过程，估计可节约10%的能量。两者之间的比较，表列于后。

待机状态

启动了注塑机的电机后而注塑机没有动作的状态称为待机状态。

在以下的情况下，注塑机是处于待机状态的。

1. 当冷却时间比塑化时间长，多出来的冷却时间中，注塑机是处于待机状态的。产品越厚，待机状态时间便越长。
2. 机械手取出成品/水口时。
3. 半自动操作时操作员打开安全门取出成品/水口或插件时。

异步电机驱动变量泵在待机状态时是恒速转动但没有流量的，但在一台11 kW的注塑机上测出电机的电流是7 A，比11 kW电机的24 A额定电流是一个大的比例（29%）。

伺服电机驱动变量泵在待机状态时是不转动的。虚耗的只是伺服电机（电子）驱动器的能量。以11 kW伺服电机为例，电流不到1 A。

油温作指示

伺服电机驱动油泵的节能效果，从压力油油温可见一班。

采用一台50吨注塑机注塑单腔的航空杯，在华南的夏季及没有压力油冷却的条件下，油温只有37度摄氏。

如压力油的升温是节能的指示，这一点是连异步电机驱动变量泵都望尘莫及的。

电机效率

效率是输出功率除以输入功率的比例。

效率 = 输出功率/输入功率

电机的输入功率是用电的功率。
电机的输出功率是转动的功率。

在理想的没有损失的情况下，输出功率等于输入功率，效率便等于100%。损失了的功率变了热的功率。

异步电机在额定负荷时效率约90%，但在负荷低于50%时，效率大幅下降，也就是前述的待机状态消耗29%额定电流的原因。

有英国公司提供“节能宝”在异步电机低负荷时降低供应电压，从而减少铜线圈产生过量的磁通，降低损失，达节能之效。留意电机的转速不变，故不影响注塑周期。

能节能多少？

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