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注塑机伺服电机如何节能
  除了塑料以外,电费是注塑成品的最大成本,有必要节约。
节能的本质: 注塑机要产生如锁模及注塑等动作,亦要产生热量将料筒内的塑料加热/塑化。动能及热能的节约,只能从减少浪费着手,别无它法。让我们先温习热力学的两大定律。
热力学第一定律: 热力学的第一定律就是能量守衡。在能量的转换中,能量只从一种型态变做另一种型态,但转换之前及之后的能量是相等的,既没有增加也没有减少。
热力学第二定律: 热力学第二定律认为在转换过程中,热熵(entropy)只会增加,不会减少。热熵这个概念很难用几句话讲得清楚。对于这个讨论来说,第二定律可以简化为“无用”输出能量就是热能。
异步电机: 传统的注塑机是用异步(鼠笼式)电机来驱动油泵的。异步电机的定子在三相电的驱动下产生旋转磁场。以四极定子及50 Hz 的供电为例,磁场以1500 rpm 的速度转动。
转子上有多条斜放的铜枝,它们都是在末端短接的。鼠笼由此得名。在旋转的磁场下,铜枝上感应出电流。电流与磁场相互作用下产生扭力,转动转子。转子的转速比旋转磁场低20~60 rpm,故称为异步(非同步)电机。
矽铁片重叠起来支撑着转子的铜枝及定子的线圈。
    异步电机将电能转换为动能。在转换过程中,由于线圈的电阻、涡流在矽铁片中的产生及轴承的摩擦,输出的“有用”动能只是输入电能的9成左右(在满载时),其他便转换为热能。故电机都会自带风扇,将热能带走,以免电机过度升温。
异步电机都能短暂过载达两倍。过载时,电流增加,故发热也增加。在没有过载保护之下,线圈会烧毁。
油泵: 油泵将旋转的动能转换为液能(压力及流量)。油泵内的摩擦力会降低输出压力。油泵的内漏会降低输出流量。故输出的(有用)液能是比输入的旋转动能低,而无用的热能便跑到压力油去,使其升温,是注塑机为何要安装压力油冷却器的原因之一。
油马达、油缸:油马达及油缸分别将液能转回旋转动能及线形动能,来驱动如螺杆的塑化及注射动作。如油泵一样,转换过程中产生了热量,提高了油温。
油管: 压力油在油管内流动,在管接头处转弯,都会与管壁及自相摩擦而降低了压力,产生了热能。廉价的注塑机都会用小的管径来降低成本,但必然便提高了油在管内的流速,摩擦的损失增加,油温便升得更高,便浪费更多的能量。
定量泵为何耗能?
用恒定转速的异步电机来带动定量泵,油泵是输出恒定的流量的,但注塑周期中的各个动作,如开合模、顶出、塑化、注射及保压,甚至待机状态对流量的要求都不同。动作用不着的流量便在当时的设定压力下流回油箱。所需动作越慢,流回油箱的量越多,浪费的能量便越多。同样,设定的压力越大,流回油箱的浪费便越大。浪费了的能量都变为热能,将油温提高。
在注塑周期中,保压所需的油量很低,因螺杆前行的速度只需要足够填补成品冷却时的收缩量,估计不会超过油泵流量的5%,那油泵95%以上的流量便在保压压力下流回油箱。成品壁厚越大,保压时间便越长,浪费的能量便越多。从另一角度看,可以节能的幅度便越大,或节能的额外投资的回本期越短。
一般来讲,当动作的速度离全速越远、动作的时间越长、压力越大,潜在节能的幅度便越大。
变量泵如何变量?
从以上得知,节能的钥匙在于能够改变流量。变量泵能提供从零到最大的流量,而且是在异步电机恒速转动下能提供的。
最常用的变量泵采用斜