注塑行業正面臨著一個飛速發展的機遇，然而在注塑產品的成本的構成中，電費占了相當的比例，依據注塑機設備工藝的需求，傳統的注塑機油泵馬達耗電占整個設備耗電量比例高達80%-90%。隨著能源問題日益受到重視，尤其是我國近些時候循環經濟理念得提出，節約能源變得越來越重要，設計與制造新一代"節能型"注塑機，就成為迫切需要關注和解決的問題。

在注塑機節能問題上目前存在兩個解決方案，即全電動式和電動-液壓混合式，各自主要特點如下：

1．全電動式注塑機有一系列優點，特別是在環保和節能方面的優勢，據報道，目前較先進的全電動式注塑機節電可以達到70%，另外，由于使用伺服電機注射控制精度較高，轉速也較穩定，還可以多級調節。但全電動式注塑機在使用壽命上不如全液壓式注塑機，國內廠家目前在全電動式機型上還缺乏成熟的技術和使用經驗，市場上仍以日系設備為主。

2．電動-液壓式注塑機是集液壓和電驅動于一體的新型注塑機，它融合了全液壓式注塑機的高性能和全電動式的節能優點，這種電動-液壓相結合的節能型注塑機已成為國內注塑機技術發展的一個主導方向。

本文側重介紹星辰伺服的大功率交流永磁伺服系統在電液混合式節能型注塑機上的應用。

注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的壓力和流量。對于油泵馬達而言，注塑過程的負載總是處于變化狀態，在定量泵的液壓系統中，油泵馬達以恒定的轉速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節流。據統計由高壓節流造成的能量損失高達36%-68%。相關的節能技術有變頻節能技術和變量泵節能技術，各自的技術特點如下：

1.變頻節能型注塑機

傳統的注射機沒有對機器的驅動電機進行調整，即只要機器通電，電機就始終以額定轉速運行。由于電機與油泵同軸，油泵將以額定排量將油吸入液壓系統中，當系統需要的流量小于油泵所提供的流量時，多余的油將被回流，這勢必極大浪費。在注塑機的幾個動作階段中，只有鎖模、射膠、熔膠、開模三個階段是需要對控制對象實施速度控制的，保壓階段僅需要進行壓力控制。見下表：

變頻節能型注射機克服了傳統注射機的這一弊病。當系統需要的流量發生變化時，電機的轉速也跟著發生變化，從而使得油泵排出的油的流量發生變化，即做到"需要多少給多少"。

由于是異步電機直接加上變頻器運行，沒有速度閉環精確控制，主電機的加速與減速時間較長，會影響生產效率。因而在控制過程中引入了各動作控制電磁換向閥的控制信號，以便對注射機所處的工藝流程進行鑒別判斷，提前給出加速與減速指令，實現工藝過程與調速控制的最佳配合。尤其在冷卻工藝流程中，使主電機停轉。變頻技術對于老式機型實現節能化尤其重要，近年來，不少注塑企業都試驗在普通注射機上安裝變頻器來觀察效果，據企業反映，前幾年的變頻器對于控制精度和響應時間的影響非常大，這主要由于當時的變頻器主要為通用型，隨著技術迅速發展，注射機專用變頻器出現，目前在生產非高精度產品時，采用高品質變頻器已經能夠為企業節省相當可觀的能源。但是，在對生產效率和產品質量有較高要求或者在局域電網供電不夠穩定的情況下，變頻節能技術的應用就會遭遇很大困難。

2.變量泵注塑機

變量泵節能型工作原理：在轉速不變的情況下，通過改變液壓泵排量，同時電機負載也會隨著排量而改變，達到省電的目的。變量泵與標準定量泵的主要區別是輸出功率不同，變量泵的輸出功率是隨負載的變化而變化，而定量泵的輸出功率相對恒定，在小流量動作情況下，變量泵的輸出功率很低，而定量泵的輸出功率基本恒定。配備高響應功率匹配比例變量泵系統令注射機液壓系統輸出與整機運行所需功率匹配，無高壓節流溢流能量損失，特別在射膠工序、熔膠、冷卻工序的節電效果較高，平均可達30-50%的節電效果。對射膠保壓時間較長的厚身或大型制品，節電的優越性更加明顯。同時，相同電機功率可配用更大排量油泵，令整機速度加快。

變量泵注射機一般情況下用于小型機，對于中、大型注射機來講，采用變量泵對設備成本增加太多，很不經濟。中、大型注射機一般均采用多個定量泵聯合工作的方式來達到變換動作速度的目的，通過泵的加載、卸載和匹配，能源消耗也能夠得到合理的控制。另外變量泵對油的清潔度要求較高，這增加了變量泵注射機的使用成本，進而限制了其應用。

雖然以上兩種技術都有一定的節能效果，但是存在一些應用場合的限制，是否有更好的產品和技術能夠滿足用戶更高要求的需求呢？

其實，在一些技術交流會和行業媒體上，很多有識之士已經提到將伺服永磁同步電機應用于注塑機上。

異步電機(感應電機)的工作原理是通過定子的旋轉磁場在轉子中產生感應電流，產生電磁轉矩，轉子中并不直接產生磁場。因此,轉子的轉速一定是小于同步速的(沒有這個差值，即轉差率，就沒有轉子感應電流)，也因此叫做異步電機。而同步電機轉子本身產生固定方向的磁場(用永磁鐵或直流電流產生)，定子旋轉磁場"拖著"轉子磁場(轉子)轉動，因此轉子的轉速一定等于同步速，也因此叫做同步電機。永磁同步電動機的轉速n始終為n=60f/p不變，式中f為設定頻率，p為電機極對數。由于交流伺服電機中的轉子是永磁材料，在工作時不需要勵磁，銅耗和鐵耗也很小，因此伺服永磁同步電機的效率和功率因數都在92%以，所以其性能與效率是使用異步電機和變頻器的組合無法比擬的。

伺服永磁同步電機的工作原理，如圖4所示，在旋轉的定子磁場中插入一個由永磁材料構成的轉子（轉子磁場徑向分布）,磁場相互作用就產生了轉子的旋轉，轉子磁場矢量與定子磁場矢量相差180度。轉子旋轉的速度與定子磁場的轉速相同，我們可以通過改變三相正弦電流的交變頻率來改變定子旋轉磁場的旋轉速度從而改變電機轉子的轉速。但此時相當于電機空載，電機輸出轉矩為零，只有加上一定的負載，轉子磁場矢量與定子磁場矢量相差才會小于180度，這時的輸出轉矩才與電樞電流有關，撤消負載時，轉子將沿定子旋轉磁場的旋轉方向加速，轉子磁場矢量與定子磁場矢量向等于180度的位置變化，但180度處不管電流多大轉矩都為零，轉子將在慣性的推動下沖過此點，然后又在轉矩的作用下回復，這就是同步電機的變頻調速振蕩。如果我們逐漸加大負載（轉子磁場矢量與定子磁場矢量相角差也向小于180度的方向變化），在一定的電流下，電機轉矩將逐漸增大，并出現一個最大點，此后輸出轉矩隨之減小，直到轉矩為零，這就是所謂的失步崩潰。

因此，要對伺服電機進行精密控制，就必須要有特別的驅動器來實現。桂林星辰電力電子有限公司經過多年發展，有在為軍工行業服務10多年以及在多個行業的應用經驗，專為注塑機行業開發的NAS系列伺服驅動器，通過隨時調節定子磁場矢量方向，使轉子磁場矢量與定子磁場矢量相位差保持在輸出轉矩最大點，從而實現通過調節定子磁場矢量大小控制電機輸出轉矩，進而實現速度伺服、位置伺服。