注塑機(jī)伺服電機(jī)如何節(jié)能

除了塑料以外，電費(fèi)是注塑成品的很大成本，有必要節(jié)約。

節(jié)能的本質(zhì): 注塑機(jī)要產(chǎn)生如鎖模及注塑等動(dòng)作，亦要產(chǎn)生熱量將料筒內(nèi)的塑料加熱/塑化。動(dòng)能及熱能的節(jié)約，只能從減少浪費(fèi)著手，別無(wú)它法。讓我們先溫習(xí)熱力學(xué)的兩大定律。

熱力學(xué)di一定律: 熱力學(xué)的di一定律就是能量守衡。在能量的轉(zhuǎn)換中，能量只從一種型態(tài)變做另一種型態(tài)，但轉(zhuǎn)換之前及之后的能量是相等的，既沒(méi)有增加也沒(méi)有減少。

熱力學(xué)第二定律: 熱力學(xué)第二定律認(rèn)為在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，熱熵(entropy)只會(huì)增加，不會(huì)減少。熱熵這個(gè)概念很難用幾句話講得清楚。對(duì)于這個(gè)討論來(lái)說(shuō)，第二定律可以簡(jiǎn)化為“無(wú)用”輸出能量就是熱能。

異步電機(jī): 傳統(tǒng)的注塑機(jī)是用異步（鼠籠式）電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)油泵的。異步電機(jī)的定子在三相電的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。以四極定子及50 Hz 的供電為例，磁場(chǎng)以1500 rpm 的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)子上有多條斜放的銅枝，它們都是在末端短接的。鼠籠由此得名。在旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)下，銅枝上感應(yīng)出電流。電流與磁場(chǎng)相互作用下產(chǎn)生扭力，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)低20~60 rpm，故稱為異步（非同步）電機(jī)。

異步電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于線圈的電阻、渦流在矽鐵片中的產(chǎn)生及軸承的摩擦，輸出的“有用”動(dòng)能只是輸入電能的9成左右（在滿載時(shí)），其他便轉(zhuǎn)換為熱能。故電機(jī)都會(huì)自帶風(fēng)扇，將熱能帶走，以免電機(jī)過(guò)度升溫。

異步電機(jī)都能短暫過(guò)載達(dá)兩倍。過(guò)載時(shí)，電流增加，故發(fā)熱也增加。在沒(méi)有過(guò)載保護(hù)之下，線圈會(huì)燒毀。

油泵: 油泵將旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為液能（壓力及流量）。油泵內(nèi)的摩擦力會(huì)降低輸出壓力。油泵的內(nèi)漏會(huì)降低輸出流量。故輸出的（有用）液能是比輸入的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能低，而無(wú)用的熱能便跑到壓力油去，使其升溫，是注塑機(jī)為何要安裝壓力油冷卻器的原因之一。

油馬達(dá)、油缸：油馬達(dá)及油缸分別將液能轉(zhuǎn)回旋轉(zhuǎn)動(dòng)能及線形動(dòng)能，來(lái)驅(qū)動(dòng)如螺桿的塑化及注射動(dòng)作。如油泵一樣，轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生了熱量，提高了油溫。

油管: 壓力油在油管內(nèi)流動(dòng)，在管接頭處轉(zhuǎn)彎，都會(huì)與管壁及自相摩擦而降低了壓力，產(chǎn)生了熱能。廉價(jià)的注塑機(jī)都會(huì)用小的管徑來(lái)降低成本，但必然便提高了油在管內(nèi)的流速，摩擦的損失增加，油溫便升得更高，便浪費(fèi)更多的能量。

定量泵為何耗能？

用恒定轉(zhuǎn)速的異步電機(jī)來(lái)帶動(dòng)定量泵，油泵是輸出恒定的流量的，但注塑周期中的各個(gè)動(dòng)作，如開(kāi)合模、頂出、塑化、注射及保壓，甚至待機(jī)狀態(tài)對(duì)流量的要求都不同。動(dòng)作用不著的流量便在當(dāng)時(shí)的設(shè)定壓力下流回油箱。所需動(dòng)作越慢，流回油箱的量越多，浪費(fèi)的能量便越多。同樣，設(shè)定的壓力越大，流回油箱的浪費(fèi)便越大。浪費(fèi)了的能量都變?yōu)闊崮?，將油溫提高?/span>

在注塑周期中，保壓所需的油量很低，因螺桿前行的速度只需要足夠填補(bǔ)成品冷卻時(shí)的收縮量，估計(jì)不會(huì)超過(guò)油泵流量的5%，那油泵95%以上的流量便在保壓壓力下流回油箱。成品壁厚越大，保壓時(shí)間便越長(zhǎng)，浪費(fèi)的能量便越多。從另一角度看，可以節(jié)能的幅度便越大，或節(jié)能的額外投資的回本期越短。

一般來(lái)講，當(dāng)動(dòng)作的速度離全速越遠(yuǎn)、動(dòng)作的時(shí)間越長(zhǎng)、壓力越大，潛在節(jié)能的幅度便越大。

變量泵如何變量？

從以上得知，節(jié)能的鑰匙在于能夠改變流量。變量泵能提供從零到較大的流量，而且是在異步電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)下能提供的。

較常用的變量泵采用斜盤(pán)軸向柱塞設(shè)計(jì)。當(dāng)斜盤(pán)的角度是零（zui大），柱塞的排量便是零。按流量的需要將斜盤(pán)的角度改變，從而達(dá)到流量的調(diào)節(jié)。

變頻器如何變量？

變頻器改變交流電的頻率，將市電的50 Hz變?yōu)? ~ 50 Hz，使異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速在10% ~ 百分百中改變。配上定量泵后，油流量便在10% ~ 百分百中改變。

由于變頻器是一臺(tái)強(qiáng)電流電子設(shè)備，它本身亦消耗電能，故節(jié)能效果較變量泵遜色。

異步電機(jī)的設(shè)計(jì)是為了恒速使用的，便沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)子慣性的優(yōu)化。轉(zhuǎn)子每次加速減速如需要0.1秒，一個(gè)周期內(nèi)不下20次的變速便需要2秒。一般用家都會(huì)發(fā)覺(jué)變頻器的使用拖慢了生產(chǎn)率，再降低它的吸引性。

定量泵多數(shù)是葉片泵。葉片泵利用離心力將葉片壓緊泵殼做成密封，才能將油泵出來(lái)。當(dāng)轉(zhuǎn)速降下來(lái)時(shí)，離心力也降下來(lái)，故在低流量時(shí)，內(nèi)漏增加，油泵的效率下降。

其實(shí)變頻器只是在注塑機(jī)翻新改進(jìn)時(shí)加進(jìn)去，因只涉及接線的改動(dòng)，比定量泵改為變量泵的工夫少及簡(jiǎn)單很多。新購(gòu)買(mǎi)注塑機(jī)時(shí)是不會(huì)用定量泵配變頻器的。

伺服電機(jī)：

伺服電機(jī)是為加速減速優(yōu)化的。伺服電機(jī)如何能在維持扭矩之下降低慣性？原來(lái)是利用了以下的物理關(guān)系。（∝是代表“正比于”的數(shù)學(xué)符號(hào)。）

扭矩 ∝ 轉(zhuǎn)子直徑 （線性比例）

慣性 ∝（轉(zhuǎn)子直徑)2 （平方比例）

扭矩