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深圳市蓝海华腾技术股份有限公司
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注塑机交流伺服电机节能改造组件选型指导

日期: 2015-03-20
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一、伺服泵系统的原理
速度N控制流量,当流量建立了压力之后,由PID控制速度,稳定油压(即流量,压力均由速度予以控制)
在油压还没有建立的时候,管路尚有空间,此时,用流量正比与转速的方式运转油泵,管路很快充油。油会受到管路的限制,很快建立油压。当油压建立起来之后,利用PID调整出来的转速N控制,由于PID 的平衡作用原理,油压可以稳定在给定值。
总结为:压力未到,伺服马达速度由流量指令控制
压力到达,伺服马达速度由压力指令和压力反馈差值运算出来的速度控制。
注塑机伺服泵的组件与选型配置计算方法。
二、改造组件
1、当面临一套注塑机伺服系统的时候,我们必须考虑与此相关的电气接口和机械接口,以及相关的配件。
◆ 新配套的油泵;(大小规格视原系统流量而定)
◆ 新配套的伺服马达;(大小规格视新油泵排量和系统压力而定)
◆ 新配套的伺服驱动器;(大小规格视新泵排量,压力,和马达额定转速而定)
◆ 连接油泵与马达的法兰盘;(大小规格视油泵,马达的机械安装尺寸而定)
◆ 连接油泵与进出油口的法兰块(压装式或螺栓连接式);
◆ 压力传感器及安装口;(统一为1/4PT螺纹。0-10VDC对应0-250BAR)
◆ 驱动器用制动电阻(大小规格视驱动器而定)
◆ 驱动器与电机编码器的连接电缆(标准,长度自定)
◆ 驱动器到马达的功率电缆
◆ 抗干扰磁环(功率线绕一个大的,信号线各绕一个小的)
◆ 制动单元
◆ 0-1A -------0-10V的信号转换板
2、改造普及常识1:
◆ 在定量泵的年代,一般采用叶片泵,因为噪声比较低,同时由于离心叶片的原理,可以自动补偿流量
◆ 定量泵一般有日本油研的PV2R系列,威格士V系列,TOKIMEC 的SQP系列
◆ 为了达到节能的目的,有些地方采用双联泵,判断一个油泵是单联泵还是双联泵,除了可以从型号上分辨之外,最简单的判别方法就是看油口,双联泵一般有2个油口,而单联泵一般只有1个油口。
3、改造普及常识2:
◆ 由于各种油泵的不容易获得性,故改造绝大部分采用上海诚捷的齿轮泵。
改造系统中,一般会涉及到油泵的机械安装尺寸,特别要注意的是,目前采用英制油泵比较多,因此,推荐采用英制尺寸的油泵。
◆ 改造的情况下,油泵最高转速一般不超过2000RPM。
◆ 改造的情况下,必须关注油泵的机械数据:油泵轴径,油泵定位圆(俗称止口)
油泵的安装螺栓过孔,油泵轴长,油泵进出油口连接到油管的法兰
◆ 必须考虑压力传感器的安装方式,一般安装在出油口
三、油泵的参数选择总则和计算
1、油泵的参数,表征一台油泵,应当有以下数据:
◆ 连续供油压力(额定压力),单位:MPa
◆ 峰值压力(壳体能承受的的最高压力),单位:MPa
◆ 排量(每旋转一圈,所能排出的油的体积),单位:CC/rev
◆ 油泵的额定转速,单位RPM
2、油泵选择:
◆ 假定已知老油泵的排量67CC/R, 和老电机的转速为1460RPM
◆ 计算老机器的总流量为 67CC/R*1460R/min/1000=98L/min
◆ 假定选择上海诚捷油泵,则按照2000RPM的速度运行,为了满足98L/MIN的流量,则新油泵的排量为98L/min /2000RPM=49CC/R
◆ 所以选择NT4-50G 的诚捷油泵
四、伺服马达
1、马达设计时以扭矩为原则,而不是功率原则。同一个扭矩下,有4个转速可供选择,即:1350RPM,1500RPM,1700RPM,2000RPM。
2、马达设计时,完全依照油泵的排量和压力决定扭矩,基本上做到一个排量的油泵有一个对应的扭矩
3、马达在小功率一般采用自然冷却,大功率段一般采用风扇强制冷却。
4、马达内置PTC或者KTY温度传感器,可以对马达进行有效保护。
5、从35NM到195NM,均采用相同的安装尺寸。这样可以方便用户进行机械加工。
6、目前设计的马达,可以支持卧式机和立式机。195NM电机可以支持125CC 140KG的压力的系统。
选择伺服电机
◆ 电机技术参数:
 在改造的情况下,我们采用380V,带旋转变压器编码器,带油封的伸轴电机 ,一般选择额定1500RPM的电机,这样可以尽可能降电流,降低成本 速性能:额定1500R的电机,超速到2200RPM,可保持87%的输出扭矩;
选择电机时以扭矩为原则,而不是功率原则。完全依照油泵的排量和压力决定扭矩,基本上做到一个排量的油泵有一个对应的扭矩,因为一个一定排量的油泵要加压到一定的压力决定了电机应当提供的扭矩。
根据液压学原理: 电机应当提供的最大扭矩:
Tmax=0.0159*P*q(NM)
其中,P为系统压力-----kgf/cm2,q为油泵排量,cc/rev
◆ 考虑过载能力:
由于注塑机在一个工作周期中,完全的满负载的情况是极少的.大多数时间工作在高速低压或者高压低速的状况,同时由于电机本身的过载能力比较强,因此,取1.5倍的过载能力是适当的。
故电机的额定扭矩应当为:
Tm=Tmax/1.5
◆ 计算举例
假定油泵为50CC/REV,系统压力为140kgf/cm2.
则电机的额定扭矩为
Tm=0.0159×50×140/1.5=74NM.
故选择70NM扭矩的电机
由于采用齿轮泵,则最大速度2000RPM,可以使用额定1500RPM的电机超速
故电机全部数据为70NM,1500RPM电机。
五、选择伺服驱动器
1、蓝海华腾伺服泵驱动器命名: V8-H-I0
铭牌上变频器型号一栏用数字和字母表示了产品系列、电源等级、功率等级及软硬件的版本等信息。

注塑机交流伺服电机节能改造组件选型指导

2、蓝海华腾伺服驱动器的特点:
◆ 油泵的广泛适应性。在早期的测试过程中,为了提高油泵的适应性,所测试的油泵采用了国产最差控制特性的油泵。因此可以在现有的油泵体系中,体现较好的控制特性。
◆ 可靠的硬件设计,较高的稳定性和环境适应性。
3、伺服驱动器针对油泵的选型总则:(与前面的油泵,马达连续举例说明)
驱动器应当以电流原则选型,而不是功率匹配原则
当伺服驱动器驱动油泵时,很显然的有以下特点:

◆ 负载电流正比于油泵的排量,这可以从前面的公式中得到;
◆ 负载电流正比于油泵的压力,这可以从前面的公式中得到;
◆ 负载电流反比与马达的额定转速,这可以从电机学中关于扭矩,扭矩系数的描述中得到。
◆ 实践的参考值:
一台63CC的油泵,采用额定2000RPM的电机,保压到140kgf/cm2时,需要耗用的电流为68A
◆ 新配置的油泵的保压时的电流应当为:
I=现有油泵排量/63×现有压力/140×现有电机额定转速/2000×68
◆ 例如:一台50CC的油泵,需要保压到175kg/cm2,采用额定1500RPM的电机
则保压到175kg/cm2时候的电流
I=50/63×175/140×1500/2000×68=50.5A
◆ 由于蓝海华腾的伺服驱动器,过载1.5倍的时间为1分钟。为了保压1分钟,因此,可以用最大电流除以1.5,从而得到驱动器额定电流;
Ie=50.5/1.5=33A

◆ 经查: 可以使用V8-H-4T18.5
 六、连接油泵和马达的法兰盘(机械件)
1、连接油泵的法兰从安装方式来说有两种
◆ 法兰落地,支撑油泵和马达
◆ 马达落地,支撑法兰和油泵
2、制作法兰的标准
法兰是一个非常重要的组件,一般对于同心度的要求在50um以内,才能保障系统有较好的效果。如果制作精度不够时,将会导致同心度不好,体现在:
◆ 机械噪音明显增大,尤其在高速段表现突出(1200RPM以上);
◆ 马达的轴承,以及油泵的轴承,油封加剧,降低寿命。
◆ 机械的震动加剧。
3、制造一个法兰,必须具备油泵的机械尺寸数据和马达的机械尺寸数据:
◆ 油泵的轴径
◆ 油泵的轴长
◆ 油泵的定位圆(俗称止口或凸台)
◆ 油泵的安装螺栓的过孔的直径
◆ 油泵安装螺栓的过孔的中心圆直径
◆ 马达的轴径
◆ 马达的轴长
◆ 马达的定位圆(俗称止口或凸台)
◆ 马达的安装螺栓的过孔的直径
◆ 马达安装螺栓的过孔的中心圆直径
七、压力传感器的信号与安装
压力传感器也是一个非常重要的部件,当压力传感器线形不好,或者品质稳定性欠佳的
时候,将直接导致伺服系统不能正常工作,甚至可能导致压力直接升高。从而导致爆油
管,引发恶性事故。
市面主流的压力传感器品牌:丹麦丹佛斯MB3***系列、瑞士HUBA、美国HONEYWELL、国产百赛 PIM系列 (东莞松山湖留学创业园)。
压力传感器技术指标:
◆ 0-250kgf/cm2----------0—10vdc,或1--5VDC,或4-20MA
◆ 1/4 PT管螺纹,提高密封性
◆ 插头型接线方式,方便用户接线。
提醒:在改造工程的情况下,一定要注意在出油口的法兰块预留压力传感器的安装口。
 八、0----1A DC转0—10VDC的信号转换板(流量和压力)
在定量泵的年代,由于PQ阀组件控制流量和压力,这个PQ阀需要一定的功率才可以被驱动,而这个PQ阀被设计成0-1ADC的信号执行器,因此,在早期PQ阀年代,注塑机电脑被设计成带有两路0---1ADC的模拟输出电路。
在注塑机伺服泵系统中,已经取消了PQ阀,自然不在需要0—1ADC的信号。二是需要0—10VDC的信号。更换电脑板是不太可能的,因此,这个转换板就有存在的必要性。
这个转换板在改造工程中是一个必不可少的部件。
九、制动电阻和制动单元
从V8-H-4T18.5至V8-H-4T75,蓝海华腾的伺服驱动器可以申请内或外置的制动单元。在V8-H-4T15以下,是标准内置了制动单元。制动单元和制动电阻是两个不同的部件。制动单元本质上是提供一条泻放回路,而制动电阻是这个泻放回路的耗能元件。
制动电阻与制动单元的选型表如下:

 

变频器型号制动单元制动电阻单元制动转矩%
制动电阻数量
V8−H−2T0.4标准内置70W200Ω1220
V8−H−2T0.7570W200Ω1125
V8−H−2T1.5260W100Ω1125
V8−H−2T2.2260W70Ω1120
V8−H−4T0.7570W750Ω1130
V8−H−4T1.5260W400Ω1125
V8−H−4T2.2260W250Ω1135
V8−H−4T3.7390W150Ω1135
V8−H−4T5.5520W100Ω1135
V8−H−4T7.5780W75Ω1130
V8−H−4T111040W50Ω1135
V8−H−4T151560W40Ω1125
V8−H−4T18.5内置可选4800W32Ω1125
V8−H−4T224800W27.2Ω1125
V8−H−4T306000W20Ω1125
V8−H−4T379600W16Ω1125
V8−H−4T459600W13.6Ω1125
V8−H−4T556000W20Ω2135
V8−H−4T759600W13.6Ω2145

十、磁环
磁环为简单部件,起抗电磁干扰作用。
十一、主电缆和编码器电缆
高精度伺服控制设备,使用的导线必须是带屏蔽层的电缆线,根据设备功率匹配电缆的过电流能力。


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