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怎样选用注塑机伺服电机

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50Hz的供电为例，磁场以1500rpm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20~60rpm，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盘轴向柱塞设计。当斜盘的角度是零(最大)，柱塞的排量

便是零(最大)。按流量的需要将斜盘的角度改变，从而达到流量的调节。变频

器如何变量?变频器改变交流电的频率，将市电的50Hz变为5~50Hz，使异步

电机的转速在10%~100%中改变。配上定量泵后，油流量便在10%~100%中改变。

由于变频器是一台强电流电子设备，它本身亦消耗电能，故节能效果较变量泵

逊色。异步电机的设计是为了恒速使用的，便没有考虑转子惯性的优化。转子

每次加速减速如需要0.1秒，一个周期内不下20次的变速便需要2秒。一般用

家都会发觉变频器的使用拖慢了生产率，再降低它的吸引性。定量泵多数是叶

片泵。叶片泵利用离心力将叶片压紧泵壳做成密封，才能将油泵出来。当转速

降下来时，离心力也降下来，故在低流量时，内漏增加，油泵的效率下降。其

实变频器只是在注塑机翻新改进时加进去，因只涉及接线的改动，比定量泵改

为变量泵的工夫少及简单很多。新购买注塑机时是不会用定量泵配变频器的。

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∝(