1 伺服技術 伺服系統(tǒng)是機電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，其控制性能反映了機電設備的控制質量。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)字化伺服的演進過程。伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅動的電機對象，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、高性能功率半導體功率器件等產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展及性價比的日益提高，交流伺服技術逐漸成為主導產(chǎn)品。 交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅動電動機的類型來分，主要由兩大類：永磁同步（SM型）電動機交流伺服系統(tǒng)和感應式異步（IM型）電動機交流伺服系統(tǒng)。感應式異步電動機交流伺服系統(tǒng)由于感應式異步電動機結構堅固、制造容易、價格低廉，具有良好的發(fā)展前景，是未來伺服技術的發(fā)展方向之一。 隨著市場競爭的日趨激烈，用戶對所需產(chǎn)品提出了更高的技術和更合理的性能價格比的要求。伺服系統(tǒng)以其出色的性能完成了對產(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)領域中得到了廣泛應用。 2 技術進步造就效率和節(jié)省 自2003年，時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，并成功應用到機床、油田機械、電梯、塑料機械行業(yè)，為客戶贏取了顯著經(jīng)濟效益。 在產(chǎn)品的推廣過程中，我們深切體會到，企業(yè)效益升級的本源來自于其自身產(chǎn)品技術含量的提升。時光公司產(chǎn)品具有交流化、數(shù)字化、集成化和智能化的技術內(nèi)涵，為用戶產(chǎn)品提高了技術含量，并充分帶動了客戶產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、系統(tǒng)傳動效率和原材料使用效率，帶來了對產(chǎn)品安裝、調(diào)試、維護的節(jié)省，以及最終用戶能耗成本支出的節(jié)省。 3 塑料機械行業(yè)應用 螺旋擠出機械對電機系統(tǒng)的要求是低轉速、大扭矩輸出。然而，目前螺旋擠出機械普遍采用的電機系統(tǒng)是由電機、變頻器及減速機構組成，存在效率低、調(diào)速范圍小、耗電大等缺點。時光科技有限公司采用交流異步電機的伺服控制技術，對塑料吹膜機的螺旋擠出電機系統(tǒng)進行了改造，彌補了變頻器低速性能的不足，為此類機械的產(chǎn)品升級換代提供了一種創(chuàng)新的思路和解決方案。 3.1 螺桿擠出電機系統(tǒng)的結構 時光伺服電機系統(tǒng)采用低速、大扭矩電機和時光伺服控制器取代原有的電機和變頻器，取消了原有傳動機構中的減速機，使系統(tǒng)機械結構得到簡化。 3.1.1 改造前的結構（變頻器），如圖1 3.1.2 改造后的結構（時光伺服控制器），如圖2 3.1.3 應用實例 ①改造案例一（如表1） ②改造案例二（如表2） 3.2 技術創(chuàng)新點 （1）塑料螺旋擠出機械的主軸轉速較低，一般在0～160rpm左右。使用普通電機，需要1:10以上的減速機構。時光公司特別研發(fā)的低速大扭矩電機采用增加電機極數(shù)、降低電機基頻的方法，使電機的額定轉速降到200rpm以下，而電機的輸出轉矩大幅度提高，因而可以減小或取消減速機。為防止故障堵轉損壞電機，保留了一級皮帶或鏈條傳動。 （2）變頻器調(diào)速在電機的基頻點是效率和輸出轉矩的最高點，根據(jù)其特征曲線，在基頻以下輸出轉矩和效率都在下降，因此為在低速時保證足夠的輸出轉矩，必須加大電機功率。而時光伺服控制器在電機基頻以下保持恒轉矩輸出，具有三倍額定以上轉矩的過載能力。因而時光的伺服控制系統(tǒng)可以以較低的額定轉速到零轉速之間都保證輸出轉矩不小于額定轉矩。根據(jù)變頻器控制低速時電機的轉矩下降曲線，伺服控制器可以將電機功率減小到變頻控制的1/2～2/5。 （3）如果使用變頻器驅動低速大扭矩電機，由于其調(diào)速范圍小，低速轉矩不足，在低頻時工作狀態(tài)不良。在低于8Hz的情況下，力矩明顯不足。時光伺服控制器具有0～400Hz的調(diào)速范圍，且低頻力矩特性良好，可在低速時平穩(wěn)精確的控制電機。對于吹膜機等對薄膜厚度有嚴格要求的設備，可以精確控制電機，與變頻器相比具有很大的技術優(yōu)勢。 3.3 經(jīng)濟及社會效益分析 （1）通過廣泛比較，時光伺服控制系統(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，節(jié)約了鋼鐵材料、減少了鑄造和機加工工序、減化了安裝調(diào)試過程、降低了機械的維護成本。 （3）節(jié)約能源，節(jié)電率達30-40%，節(jié)電的費用對于產(chǎn)品的最終用戶有較大的吸引力。按上述改造案例進行成本分析，電機功率減小7.5kw，按耗電量減少5kw計算，每小時5度（kwh）電，一天節(jié)電120度（此類機械需要預加熱過程，故連續(xù)生產(chǎn)最為經(jīng)濟）。按工業(yè)用電0.75元/度計算，一天節(jié)電費用90元;一個月按25天計算，每月節(jié)電費用2250元。一個月的節(jié)電費用已完全可以收回因采用伺服控制的電機系統(tǒng)所增加的成本，以后的節(jié)電費用便可以大大降低用戶的生產(chǎn)成本。 3.4 結論 （1）電機功率減小，節(jié)約電能效果明顯，用戶的使用成本降低。 （2）機械結構簡化，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，控制電機效率提高。 （4）提升用戶的產(chǎn)品質量，提高塑料擠出機械的產(chǎn)品檔次。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集