导语：第三届伺服与运动控制论坛论文集，时光伺服在塑料机械的应用（时光科技有限公司） 1 伺服技术 伺服系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。伺服系统的发展经历了由液压到电气，电气伺服又经历了由模拟到模拟•数字混合再到全数字化伺服的演进过程。伺服系统根据所驱动的电机对象，又分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。到90年代初期，随着微处理技术、高性能功率半导体功率器件等产品制造工艺的发展及性价比的日益提高，交流伺服技术逐渐成为主导产品。 交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要由两大类：永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固、制造容易、价格低廉，具有良好的发展前景，是未来伺服技术的发展方向之一。 随着市场竞争的日趋激烈，用户对所需产品提出了更高的技术和更合理的性能价格比的要求。伺服系统以其出色的性能完成了对产品的加工过程、加工工艺和综合性能的改造，目前在工业领域中得到了广泛应用。 [IMG=改造前的结构（变频器）]/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111615320636845U.jpg[/IMG] 图1 改造前的结构（变频器） [IMG= 改造后的结构（时光伺服）]/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111615330221942M.jpg[/IMG] 图2 改造后的结构（时光伺服）2 技术进步造就效率和节省 自2003年，时光科技有限公司推出了全数字系列交流异步伺服产品，并成功应用到机床、油田机械、电梯、塑料机械行业，为客户赢取了显著经济效益。 在产品的推广过程中，我们深切体会到，企业效益升级的本源来自于其自身产品技术含量的提升。时光公司产品具有交流化、数字化、集成化和智能化的技术内涵，为用户产品提高了技术含量，并充分带动了客户产品的生产效率、系统传动效率和原材料使用效率，带来了对产品安装、调试、维护的节省，以及最终用户能耗成本支出的节省。 3 塑料机械行业应用 螺旋挤出机械对电机系统的要求是低转速、大扭矩输出。然而，目前螺旋挤出机械普遍采用的电机系统是由电机、变频器及减速机构组成，存在效率低、调速范围小、耗电大等缺点。时光科技有限公司采用交流异步电机的伺服控制技术，对塑料吹膜机的螺旋挤出电机系统进行了改造，弥补了变频器低速性能的不足，为此类机械的产品升级换代提供了一种创新的思路和解决方案。 3.1 螺杆挤出电机系统的结构 时光伺服电机系统采用低速、大扭矩电机和时光伺服取代原有的电机和变频器，取消了原有传动机构中的减速机，使系统机械结构得到简化。 3.1.1 改造前的结构（变频器），如图1 3.1.2 改造后的结构（时光伺服），如图2 3.1.3 应用实例 ①改造案例一（如表1） ②改造案例二（如表2） [IMG=改造案例一]/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111615360429519R.jpg[/IMG] 表1 [IMG=改造案例二]/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111615362294041Q.jpg[/IMG] 表23.2 技术创新点 （1）塑料螺旋挤出机械的主轴转速较低，一般在0～160rpm左右。使用普通电机，需要1:10以上的减速机构。时光公司特别研发的低速大扭矩电机采用增加电机极数、降低电机基频的方法，使电机的额定转速降到200rpm以下，而电机的输出转矩大幅度提高，因而可以减小或取消减速机。为防止故障堵转损坏电机，保留了一级皮带或链条传动。 （2）变频器调速在电机的基频点是效率和输出转矩的最高点，根据其特征曲线，在基频以下输出转矩和效率都在下降，因此为在低速时保证足够的输出转矩，必须加大电机功率。而时光伺服在电机基频以下保持恒转矩输出，具有三倍额定以上转矩的过载能力。因而时光的伺服控制系统可以以较低的额定转速到零转速之间都保证输出转矩不小于额定转矩。根据变频器控制低速时电机的转矩下降曲线，伺服可以将电机功率减小到变频控制的1/2～2/5。 （3）如果使用变频器驱动低速大扭矩电机，由于其调速范围小，低速转矩不足，在低频时工作状态不良。在低于8Hz的情况下，力矩明显不足。时光伺服具有0～400Hz的调速范围，且低频力矩特性良好，可在低速时平稳精确的控制电机。对于吹膜机等对薄膜厚度有严格要求的设备，可以精确控制电机，与变频器相比具有很大的技术优势。 3.3 经济及社会效益分析 （1）通过广泛比较，时光伺服控制系统的成本与所取代的系统成本基本持平或略高。 （2）由于取消了减速机，节约了钢铁材料、减少了铸造和机加工工序、减化了安装调试过程、降低了机械的维护成本。 （3）节约能源，节电率达30-40%，节电的费用对于产品的最终用户有较大的吸引力。按上述改造案例进行成本分析，电机功率减小7.5kw，按耗电量减少5kw计算，每小时5度（kwh）电，一天节电120度（此类机械需要预加热过程，故连续生产最为经济）。按工业用电0.75元/度计算，一天节电费用90元;一个月按25天计算，每月节电费用2250元。一个月的节电费用已完全可以收回因采用伺服控制的电机系统所增加的成本，以后的节电费用便可以大大降低用户的生产成本。 3.4 结论 （1）电机功率减小，节约电能效果明显，用户的使用成本降低。 （2）机械结构简化，节省了金属材料；操作简化，降低了维修成本。 （3）控制范围增大，控制精度提高，控制电机效率提高。 （4）提升用户的产品质量，提高塑料挤出机械的产品档次。 第二届伺服与运动控制论坛论文集第三届伺服与运动控制论坛论文集