搜索
浙江海洋学院东海科学技术学院控制电机设计报告设计题目交流伺服电动机在注塑机中的应用年级专业C12电气1学号121330210姓名李宁指导教师计青山2015年1月6日引言伺服驱动系统（ServoSystem）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。交流伺服电动机驱动液压泵系统具备节能高效的特性，越来越广泛使用于注塑机。研究了交流伺服电动机驱动液压泵系统与整机性能设计之间的特点。目录目录引言..................................................................................................................................................2一.前言............................................................................................................................................3二.交流伺服电动机........................................................................................................................31、起动转矩大.........................................................................................................................42、运行范围较宽.....................................................................................................................43、无自转现象.........................................................................................................................4三．交流伺服电动机驱动泵源系统整机性能设计的研究：.......................................................53.1流伺服电动机驱动泵源系统............................................................................................53.2流伺服电动机驱动泵源系统与保压压力........................................................................53.3流伺服电动机驱动泵源系统与塑化压力........................................................................53.4交流伺服电动机驱动泵源系统与噪声............................................................................5四．交流伺服电动机驱动泵源和三相异步电动机驱动泵源的混合动力驱动的多泵系统.......6五．结论..........................................................................................................................................6六．参考文献..................................................................................................................................7一.前言交流伺服电动机驱动液压泵系统应用于注塑机是近年发展的一种先进的高性能及高效节能系统，越来越广泛使用于注塑机。尽管异步电动机的控制技术也日渐完善，但其自身的功率因数、效率以及发热问题始终无法克服。交流伺服电动机技术越来越成熟，制造成本上也与异步电动机越来越接近，正在越来越多的场合取代异步电动机。三相异步电动机驱动液压泵的液压动力驱动改型为交流永磁同步伺服电动机驱动液压泵的动力驱动，是一个必然的技术发展趋势。实际应用中，由于对交流伺服电动机驱动液压泵系统的特性认识不足，性能开发不够，应用中出现一些问题，影响了交流伺服电动机驱动液压泵系统性能的发挥和推广应用。本文根据作者对注塑机节能的液压动力驱动系统开发研究的一些成果,进行进一步的探讨，并对注塑机节能液压动力驱动系统的科技进步,提出一些观点。二.交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似，如图1所示。其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子，如图2所示。空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。图1交流伺服电动机原理图图2空心杯形转子伺服电动机结构交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。2、运行范围较宽如图3所示，较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。图3伺服电动机的转矩特性3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）如图4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中T′－S曲线）不同。这时的合成转矩T是制动转矩，从而使电动机迅速停止运转。图4伺服电动机单相运行时的转矩特性图5是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线。负载一定时，控制电压Uc愈高，转速也愈高，在控制电压一定时，负载增加，转速下降。图5伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。三．交流伺服电动机驱动泵源系统整机性能设计的研究：交流伺服电动机驱动泵源系统应用于注塑机，节能效果是明显的，特别对大型注塑机，更能体现出节能的优越性。欧洲趋向于使用电液混合驱动，以达到提高性能和节能的双向共赢的效果，说明全交流伺服电动机驱动泵源系统还存在性能方面的不足。提高全交流伺服电动机驱动泵源系统的注塑性能是进一步研发的课题，主攻点是研发交流伺服控制技术，扩展自身的应用性能。3.1流伺服电动机驱动泵源系统与合模力高压锁模时，系统处于在压力控制状态下，压力传感器所监测到的压力将达到或达到设定值时，伺服马达按压力控制状态工作，驱动系统采用或改为交流伺服电动机驱动泵源系统，必须考虑到以上因素，修正合模液压缸驱动力设计中的瑕疵。3.2流伺服电动机驱动泵源系统与保压压力三相异步电动机驱动液压泵系统中，电动机功率在整个成型周期中功率没有变化，在保压时不会担心电动机的输出扭矩不够。交流伺服电动机驱动液压泵系统，在保压时转速减小，其输出扭矩必然减小，在需要高压保压时，扭矩达不到希望值。3.3流伺服电动机驱动泵源系统与塑化压力小型注塑机的塑化时间一般小于30s，可在反复工作区内工作。中、大型注塑机的塑化时间大于30s，在连续工作区内工作。选用的工作区的压力作为设计塑化工作压力的依据。3.4交流伺服电动机驱动泵源系统与噪声注塑机的的噪声主要来自驱动源，驱动源噪声来自泵的运转噪声。目前广泛应用齿轮泵或螺杆泵与交流伺服电动机组合为驱动泵源的系统，其主要原因是噪声低，经济性又好。柱塞泵压力波动大，产生噪声大，应采用噪声消除的控制方法减小泵的输出压力波动，例如采用选用较小蓄能器，吸收压力脉动降低噪声。采用低噪声的柱塞泵。四．交流伺服电动机驱动泵源和三相异步电动机驱动泵源的混合动力驱动的多泵系统一般大型注塑机的液压动力驱动泵源为多个定量驱动泵源系统组成，不管多大的注塑机，为达到节能效果，不间断工作的必定是小泵作为主驱动。主驱动小泵的节能分析研究是大型注塑机多泵液压动力驱动泵源节能系统的主要研究对象，直接关系到系统的能耗性能和系统的低速性能。提高驱动性能，主要在主驱动小泵源系统上科技进步。对多泵液压动力驱动泵源节能系统的分析研究，首先从主驱动小泵源系统的节能上切入分析研究，然后再考虑整个多泵液压动力驱动泵源系统的节能。五．结论交流伺服电动机驱动液压泵系统具备节能高效的特性，越来越广泛使用于注塑机。伺服电动机与负载敏感泵组成的伺服控制系统是真正的高性能超节能的伺服控制系统，也是努力研发的方向。交流伺服电动机驱动液压泵系统是一个多变量、强耦合、非线性、变参数的系统，开发现代非线性控制方法应用于注塑机上的研究，是提高注射成型控制性能的迫切需要解决的课题。提高注射成形性能，节能技术才有生命力。交流伺服电动机的特有性能特别吻合注塑机的成形特点，促进了注塑机节能的深入发展，同时达到了现有其它驱动形式无法达到的节能性能及注射成形性能。交流伺服电动机驱动液压泵系统应用说明，创新是推动注塑机科技进步的根本理念。六．参考文献[1]齐文春，黄莺，沈娟娟.节能型高效注塑机设计[J].塑料工业，2006,34（5）.[2]张友根.大型注塑机液压动力驱动系统节能技术的分析研究及展望[J].液压气动与密封,29(2).[3]张友根.注塑机节能液压系统的应用分析与研究[J].液压气动与密封,28(3).[4]李军红，陈潮塡，唐忠平.交流永磁同步电动机的变结构控制[J].中小型电动机，2005,32（