1 伺服技術(shù) 伺服系統(tǒng)是機(jī)電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，其控制性能反映了機(jī)電設(shè)備的控制質(zhì)量。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣，電氣伺服又經(jīng)歷了由模擬到模擬•數(shù)字混合再到全數(shù)字化伺服的演進(jìn)過程。伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)對(duì)象，又分為直流（DC）伺服系統(tǒng)和交流（AC）伺服系統(tǒng)。到90年代初期，隨著微處理技術(shù)、高性能功率半導(dǎo)體功率器件等產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展及性價(jià)比的日益提高，交流伺服技術(shù)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。 交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來分，主要由兩大類：永磁同步（SM型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)由于感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、制造容易、價(jià)格低廉，具有良好的發(fā)展前景，是未來伺服技術(shù)的發(fā)展方向之一。 隨著市場競爭的日趨激烈，用戶對(duì)所需產(chǎn)品提出了更高的技術(shù)和更合理的性能價(jià)格比的要求。伺服系統(tǒng)以其出色的性能完成了對(duì)產(chǎn)品的加工過程、加工工藝和綜合性能的改造，目前在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 2 技術(shù)進(jìn)步造就效率和節(jié)省 自2003年，時(shí)光科技有限公司推出了全數(shù)字系列交流異步伺服控制器產(chǎn)品，并成功應(yīng)用到機(jī)床、油田機(jī)械、電梯、塑料機(jī)械行業(yè)，為客戶贏取了顯著經(jīng)濟(jì)效益。 在產(chǎn)品的推廣過程中，我們深切體會(huì)到，企業(yè)效益升級(jí)的本源來自于其自身產(chǎn)品技術(shù)含量的提升。時(shí)光公司產(chǎn)品具有交流化、數(shù)字化、集成化和智能化的技術(shù)內(nèi)涵，為用戶產(chǎn)品提高了技術(shù)含量，并充分帶動(dòng)了客戶產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、系統(tǒng)傳動(dòng)效率和原材料使用效率，帶來了對(duì)產(chǎn)品安裝、調(diào)試、維護(hù)的節(jié)省，以及最終用戶能耗成本支出的節(jié)省。 3 塑料機(jī)械行業(yè)應(yīng)用 螺旋擠出機(jī)械對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的要求是低轉(zhuǎn)速、大扭矩輸出。然而，目前螺旋擠出機(jī)械普遍采用的電機(jī)系統(tǒng)是由電機(jī)、變頻器及減速機(jī)構(gòu)組成，存在效率低、調(diào)速范圍小、耗電大等缺點(diǎn)。時(shí)光科技有限公司采用交流異步電機(jī)的伺服控制技術(shù)，對(duì)塑料吹膜機(jī)的螺旋擠出電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，彌補(bǔ)了變頻器低速性能的不足，為此類機(jī)械的產(chǎn)品升級(jí)換代提供了一種創(chuàng)新的思路和解決方案。 3.1 螺桿擠出電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 時(shí)光伺服電機(jī)系統(tǒng)采用低速、大扭矩電機(jī)和時(shí)光伺服控制器取代原有的電機(jī)和變頻器，取消了原有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)，使系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡化。 3.1.1 改造前的結(jié)構(gòu)（變頻器），如圖1 3.1.2 改造后的結(jié)構(gòu)（時(shí)光伺服控制器），如圖2 3.1.3 應(yīng)用實(shí)例 ①改造案例一（如表1） ②改造案例二（如表2） 3.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) （1）塑料螺旋擠出機(jī)械的主軸轉(zhuǎn)速較低，一般在0～160rpm左右。使用普通電機(jī)，需要1:10以上的減速機(jī)構(gòu)。時(shí)光公司特別研發(fā)的低速大扭矩電機(jī)采用增加電機(jī)極數(shù)、降低電機(jī)基頻的方法，使電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速降到200rpm以下，而電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大幅度提高，因而可以減小或取消減速機(jī)。為防止故障堵轉(zhuǎn)損壞電機(jī)，保留了一級(jí)皮帶或鏈條傳動(dòng)。 （2）變頻器調(diào)速在電機(jī)的基頻點(diǎn)是效率和輸出轉(zhuǎn)矩的最高點(diǎn)，根據(jù)其特征曲線，在基頻以下輸出轉(zhuǎn)矩和效率都在下降，因此為在低速時(shí)保證足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，必須加大電機(jī)功率。而時(shí)光伺服控制器在電機(jī)基頻以下保持恒轉(zhuǎn)矩輸出，具有三倍額定以上轉(zhuǎn)矩的過載能力。因而時(shí)光的伺服控制系統(tǒng)可以以較低的額定轉(zhuǎn)速到零轉(zhuǎn)速之間都保證輸出轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩。根據(jù)變頻器控制低速時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降曲線，伺服控制器可以將電機(jī)功率減小到變頻控制的1/2～2/5。 （3）如果使用變頻器驅(qū)動(dòng)低速大扭矩電機(jī)，由于其調(diào)速范圍小，低速轉(zhuǎn)矩不足，在低頻時(shí)工作狀態(tài)不良。在低于8Hz的情況下，力矩明顯不足。時(shí)光伺服控制器具有0～400Hz的調(diào)速范圍，且低頻力矩特性良好，可在低速時(shí)平穩(wěn)精確的控制電機(jī)。對(duì)于吹膜機(jī)等對(duì)薄膜厚度有嚴(yán)格要求的設(shè)備，可以精確控制電機(jī)，與變頻器相比具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 3.3 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析 （1）通過廣泛比較，時(shí)光伺服控制系統(tǒng)的成本與所取代的系統(tǒng)成本基本持平或略高。 （2）由于取消了減速機(jī)，節(jié)約了鋼鐵材料、減少了鑄造和機(jī)加工工序、減化了安裝調(diào)試過程、降低了機(jī)械的維護(hù)成本。 （3）節(jié)約能源，節(jié)電率達(dá)30-40%，節(jié)電的費(fèi)用對(duì)于產(chǎn)品的最終用戶有較大的吸引力。按上述改造案例進(jìn)行成本分析，電機(jī)功率減小7.5kw，按耗電量減少5kw計(jì)算，每小時(shí)5度（kwh）電，一天節(jié)電120度（此類機(jī)械需要預(yù)加熱過程，故連續(xù)生產(chǎn)最為經(jīng)濟(jì)）。按工業(yè)用電0.75元/度計(jì)算，一天節(jié)電費(fèi)用90元;一個(gè)月按25天計(jì)算，每月節(jié)電費(fèi)用2250元。一個(gè)月的節(jié)電費(fèi)用已完全可以收回因采用伺服控制的電機(jī)系統(tǒng)所增加的成本，以后的節(jié)電費(fèi)用便可以大大降低用戶的生產(chǎn)成本。 3.4 結(jié)論 （1）電機(jī)功率減小，節(jié)約電能效果明顯，用戶的使用成本降低。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化，節(jié)省了金屬材料；操作簡化，降低了維修成本。 （3）控制范圍增大，控制精度提高，控制電機(jī)效率提高。 （4）提升用戶的產(chǎn)品質(zhì)量，提高塑料擠出機(jī)械的產(chǎn)品檔次。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集