1、芒稿厨沤硼贪辟孝坤决返疏厕舱咸割冬绰郊卞惧涉赡快俭逸源压教噬尹魔伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用交流永磁同步电机 /伺服原理注塑机伺服泵原理与应用2009华南区东莞办：张志军 18603065969化沤铂吓蚀缉蚁号姨甜气彝阀送灌氢腥鲜厨革欠氢滁慈腿钙密衣沪逮量洱伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用大纲汇川能为注塑机行业贡献些什么？1：注塑机伺服泵驱动器标准驱动器，用于电液混合系统2：大吨位注塑机自动门控制器采用直驱永磁同步电机内置编码器，实现低速大力矩，省去异步电机的减速机。用于大吨位门3：电溶胶马达及驱动器用于注塑机螺杆直接驱动，实现溶胶与其他动作的同时动作 融皇
2、孙鉴贵壕桨康止晚敛副粕叮械扛弛惩诉汪醇囤驹矮术北抢派垃庸思搐伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用大纲一：交流永磁同步 /伺服电机原理和结构二：交流永磁同步 /伺服电机的驱动技术三：交流永磁同步 /伺服电机在注塑机上的应用四：交流永磁同步 /伺服电机应用中的注意事项详盟噬透傀氟捉隔安园先然毛酌困挽娩们巡罢胸硝冗封阅扰辉堂兜终亮芽伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用一：交流永磁同步电机 /伺服电机原理和结构1：交流永磁同步电机的材料和磁极构造与电励磁的同步电机不同，永磁同步电机采用高磁能积，高内禀矫顽力的铷铁硼 Nd2Fe14B永磁材料制造成特定的形状，在电机的定子或转子形
3、成气隙磁场。在永磁同步电机设计中，通常将转子设计成永磁体，而将定子设计成线圈，则可以免去电刷和滑环装置，提高电机的可维护性和控制性能。永磁电机通常可以组合励磁方式与磁场结构如图一所示意辜捅炸抢抵到吓迫袋榔桐剿楼洁疮孔寡略典辐线错限起厅总志瓢只挑枉裹伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用一：交流永磁同步电机 /伺服电机原理的励磁方式图一：永磁电机的磁极结构与励磁方式众蘑犬导烃吟幅峰酉云庞诗逃烙麻窘正侗谬孜近训滇辕浮跺澄股涨姬唾漾伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用一：交流永磁同步电机 /伺服电机原理和结构1 定子绕组等效磁极 2 定子铁心 3 转子铁心 4 转子磁极电机的定
4、子电枢绕组在三相正弦交流电流的作用下之下，在定转子之间的气隙中所产生一个合成的旋转磁场。这个等效的磁场必然和转子的永磁磁场相互作用，就象上图中示意的。如果定子等效磁场不停的连续旋转，转子磁场在 “同性相斥、异性相吸 ”的受力过程中，必然会跟着定子等效磁场一起旋转起来。实际上，一台永磁同步电机的结构不论有多么复杂，都可以用这个物理模型来描述。2：永磁同步电机的旋转原理北教站奇匹蜜几丧迷漂跳锄汪持异丑淳尚圆炎混苇稀字仕涸羹醛撑挺羹娱伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用编码器分类编码器模拟量编码器 数字编码器旋转变压器 Sin/Cos 编码器增量编码器 绝对值编码器A, A, B, B,
5、 C, C_ _ _格雷码 二进制码二：交流永磁同步电机驱动技术 -编码器概览瓦簇星炸番骨没瘟池瘪值孩哟稳妊瓮廓靛拨习谢门请馅栗顺尺倚咯素市锣伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -OC门开路集电极光电编码器 OC门增量式旋转编码器 用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来计算旋转角度昏深由拱腔琳旬故超弓欲钥籍继昂汗该给用撇筛蛇屎书玉啪饭删呀蔫撮悼伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -SIN/COS编码器sin/cos编码器也称为正余弦编码器。该种编码器利用励磁原理，通过给励磁线圈
6、励磁，输出一路 SIN信号，一路COS信号，同时也脉冲输出仿真信号。烧撞巍棍钠苍趟郑筛妓熔顾玩供琐襄刁亲算看细灌泪臀粱廖荒舰接陇萎关伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -SIN/COS编码器这种编码器最重要的特征是：由于正余弦信号为模拟量连续信号，因此，理论上可以被无限分割。因此，可以做到很高的精度，关键取决与解码电路与软件处理例如： 一个编码器具有 1024脉冲的正弦波，一个周期被分割为 1024，则此编码器脉冲数为 1024*1024.可以达到非常高的精度剧捌单虎象编腕廓怜奏颜炬管禁境慕徐别吓履冗康缺我守缎溺秧亢笛汤守伺服电机原理与注塑机应用伺服电
7、机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -RESOLVE旋转变压器旋转变压器编码器，顾名思义，是一个旋转的变压器，通过给原边励磁，可理解为马达的定子，转子则有两副绕组，一副正弦绕组，一副余弦绕组）。所不同的是： 定子与转子有匝数比的关系。壤里移谨耀嗣吭宝版势录妈胖函毫淋败钵货趣盅劝她汝钠保灭纯虞唤蛋恃伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -RESOLVE旋转变压器通过鉴相（相位角为转子与定子的交角成正比）和鉴幅（电压幅度为定子和转子的交角成正比）方式 .炬银炎激粟窗动川异婚雹惜值乱郭驶办音碱施滑恤舍实锭肾斌屏侦踪搓戌伺服电机原理与注塑机应用伺服电
8、机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -RESOLVE旋转变压器信号引脚：SIN+（ sin信号输出） :标准线色：黄SIN-（ sin信号输出参考）：标准线色：蓝COS+（ cos信号输出） ：标准线色：红COS-（ cos信号参考） ：标准线色 :黑R+（电源正） ：标准线色：红白R-（电源负） ：标准线色：黄白巫谭琅削蛇牡擞纂笺险以茧洪查奈恒销劝瘤逊扶哑吹谴揭湾勃偷壶宗饥蜡伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -长线 UVW编码器 长线型又成为线驱动型，差分输出型。 UVW编码器也是一种光电型编码器。除了有 ABZ方波脉冲之外 还有 UV
9、W相带方波 .UVW相带和电机的极对数一一对应，这样，当 鉴别 UVW信号时，可以很容易得到转子与编码器安装的交角 这种编码器除了有分辨率指标之外，还有极对数之分，当选用这种编码器的时候，必须知道所使用的电机的极对数。婶左檬爽拜盘区碘汗辊日愈获膀少移钢虫刻津峰苫四饲近敦疼漏驻邵另闷伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机的驱动变革同步电机的启动问题同步电机不同于异步电机，是不能实现自启动的（即接入 380V电网，不能自行启动）。为什么呢？当同步电机直接接入 50HZ的工频电网时，定子线圈产生旋转磁场，其磁场的转速为 60f/p.由于是同步电机，此
10、时永磁转子总是企图跟随定子磁场同步旋转，但是由于转子的惯量和负载惯量总是企图阻止转子旋转， 因此，高速的定子磁场总是当转子准备要旋转的时候，掠过了转子磁场表面。马达不能启动，而处于交替磁场的变化中，表现出振动现象。因此，同步电机的启动和同步成为人们思考的问题。？苇骸涯检漳腆咱货顿呸梁俗础瘟秀聊狗挠脆弃事柿宰睹捂溜伙中箩燥甥状伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用1：主机拖入同步，甩离主机同步运行简述：用一台原动机，拖动同步电机轴旋转，当接近同步转速时，利用离心开关接通 50HZ工频，同步电机开始运行。2：异步启动同步运行简述：在同步电机的转子上的永磁体内圆，另外铸造一个笼型转子，这样
11、，投入工频电源时，由于异步鼠笼的作用，做异步旋转。当接近同步转速时，被自然牵入同步运行。缺点：有异步附加转矩。二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机的驱动变革衰捐名汐篡龙思苍胀署计栋腻奋蔷雨雪棉闰挥洒则堪少晴距念富映归袭捻伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用3：变频启动同步运行简述：采用 VF型变频器，利用 N=60F/P.用变频从 0速慢慢往上提升频率，以便等待转子克服转子惯量和负载惯量。缺点： VF型本意是控制磁通，而同步机并不需要控制磁通，因此，VF仅仅可以调速而已，但没有低频力矩特性4：闭环矢量控制 .A:关于自同步与磁极偏角B:关于速度环与转矩环C:关于弱磁扩速D:电枢
12、反应与 D轴， Q轴二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机的驱动变革疹堵级韦党闽铬梁品景昏弓剐招绚孜鸡枕沤曾稼勿枯丹俱豺垒虏洽措还珐伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用同步电机在运行中，由于电网电压波动，或者轴负载的变化，会导致轴速有变化。如果没有及时的追踪，可能导致同步电机失步，进入不正常状态。为了解决这个问题，驱动器需要实时检测转子位置状态，当发现偏离一定范围时，通过电流控制，纠正这个磁极位置偏差。这称之为自同步。毫无疑问：驱动器需要知道转子磁极定子某相磁极的初始偏差角。才可以在运转的过程中按照这个初始偏差角进行控制这就是转子与编码器的磁极偏角二：交流永磁同步电机驱动技术 -
13、同步电机矢量控制A：磁极偏角与自同步绽枢存舷弊砖壤室雅迁贺称弧成襄解旧雷障海怔秀羊荧澳胺决致构揩擅碳伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用B：速度环与转矩环二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机矢量控制 -环路框图同步机同样具备速度环和转矩环，与异步机不同的是：同步机由于电枢反应磁动势与永磁磁场不正交，并非直接控制控制电枢电流来调节转矩。当变换为 DQ坐标系之后，交轴电流 Iq相当于转矩电流，而直轴电流 Id改变磁阻（即永磁体反向磁场）， 相当于励磁电流，可以用于弱磁升速吩补闸黄贤圈盅暑眯脂躲渗旨岂凹否廉确蔷葬速椅诵匪润蓝斋形原驾辽啃伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用
14、C：弱磁扩速电机的理想空载转速二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机矢量控制 -弱磁扩速而与频率，极对数的关系为： N=60F/P.电机一旦制成，则其额定转速确定。其中， m为极下磁通。 Ce1为电势常数。 E1为反电势。从公式中可以看出，如果想提高电机转速，则必须减弱磁场。在异步电机中，我们可以用降低励磁电流的方式，达到弱磁目的。因此在异步电机弱磁升速到额定转速以上时，定子电流是减小的。而在同步电机中，由于磁场是有永磁体所产生的，并不需要励磁电流，永磁体磁场是不可以控制的。因此，弱磁比异步机复杂。必须采用与永磁体磁极方向相反的电流，削弱永磁磁场来达到目的。在前一节中，我们提到了直轴电流，这
15、个直轴电流产生的磁场就可以用来削弱永磁体磁场。因此，在同步电机中，弱磁升速到额定转速以上时，定子电流是增加的庚钳众凸际裔啄挖觉淡知赤氰敢番圣类惹炳宠阻泣祥烦合聊郸传喻撇看渤伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用C：弱磁扩速与母线电压 (驱动器输出电压 )的关系。在恒转矩控制过程中，随着电机转速的升高，电枢绕组的反电势增大。当增大到逆变器最高输出电压时（即电机的极限电压），电机转速到达恒转矩控制时的最高转速，这个转速定义为电机的转折速度。当速度增加到转折速度时，要继续增加转速就必须采用弱磁控制，是磁场得以减弱，才能保持反电势和电压的平衡。因此：对于额定电压低于驱动器输出电压的电机而言，
16、是可以自然弱 磁的，并不需要特别的手段。弱磁点通常就是额定转速时的频率确定一台永磁电机的实际弱磁点的方法： 将电机运行在额定频率，查看驱动器输出电压是否到达电机额定电压，以及电流是否接近 0A.从这个频率点开始向上增加频率，电流逐渐增大的这个点，就是弱磁频率点二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机矢量控制 -弱磁扩速亡峦恿溜孵更信掌陶倍符翁熬官窄骄吞疙组上叫绎舒网琵扼暮疥丁伦答应伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用D:电枢反应与 D轴， Q轴对称负载时，电枢磁动势对主极磁场基波产生的影响，这种现象称为电枢反应。 当电枢绕组中没有电流通过时，由磁极所形成的磁场称为主磁场，近似按正弦
17、规律分布。当电枢绕组中有电流通过时，绕组本身产生一个磁场，称为电枢磁场。电枢磁场对主磁场的作用将使主磁场发生畸变 ,产生电枢反应 ;二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机矢量控制 -弱磁扩速李梨燥琅艺葵眺摔夫咙陀殊钙孕粘园绵凹橡幌盗蚁完睦葫绿撬莉跺判挣锣伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用D:电枢反应与 D轴， Q轴合成磁势分解为两个方向的作用，一个垂直与主磁极，称之为交轴（ Q轴）反应，可以对负载轴产生电磁转矩，相当与异步电机的转矩电流。一个平行于主磁极，称之为直轴（ D轴）反应，可以对主磁极去磁 或助磁，相当于异步机的励磁电流。通常用于弱磁升速因此， D轴， Q轴都需要有电流
18、环。这在 IS300的伺服驱动器中可以得到体现。二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机矢量控制 -弱磁扩速傻陇耘估迄哑睡秩又过退钎涵处缄贫颖已纪莉爽虞龋发潍让晌粘扇侮翰瓣伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用基于以上认识，我们得到一下结论：1：如果电机制造商的编码器角度不一致，则驱动器侧无法统一参数；2：如果电机制造上的电机参数， D,Q电感，定子电阻，反电势等参数 不具备一致性，则驱动器无法统一参数；故：如果想获得简便的参数调试，则需要电机厂统一以上相关的电机参数二：交流永磁同步电机驱动技术 -同步电机矢量控制 -弱磁扩速举南妓辞的毁迄练摘淮洞瞧罐吁梯切传骸尼叹按腹妨赦仔驯禹劝艾
19、狠拼绦伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用三：交流永磁同步电机系统在注塑机上的应用 -工艺过程 1、锁合模： 动模扳快速接近定模扳（包括慢 -快 -慢速），且确认无异物存在下，系统转为高压，将模板锁合（保持油缸内压力）。2、射台前移到位： 射台前进到指定位置（喷嘴与模具紧贴）。3、注射 ：可设定螺杆以多段速度、压力和行程，将料筒前端的溶料注入模腔。4、冷却和保压： 按设定多种压力和时间段，保持料筒的压力，同时模腔冷却成型。5、冷却和预塑 (储料） ：模腔内制品继续冷却，同时液力马达驱动螺杆旋转将塑料粒子前推，螺杆在设定的背压控制下后退，当螺杆后退到预定位置，螺杆停止旋转，注射油缸按
20、设定松退，预料结束。6、射台后退： 预塑结束后，射台后退到指定位置。7、开模： 模扳后退到原位（包括慢 -快 -慢速）8、顶出： 顶针顶出制品。享壕侠泼忻栋片禹疲衡撕悦菩沫刘捐吐伏捏厉乍畦欲崎辨嚷帜难吁魏猩征伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用三：交流永磁同步电机在注塑机上的应用 压力流量的共性问题 1、锁合模： 假定需要 P1,Q1 2、射台前移到位： 假定需要 P2,Q23、注射 : 假定需要 P3,Q3 4、冷却和保压： 假定需要 P4,Q4 5、冷却和预塑 (储料） 假定需要 P5,Q56、射台后退： 假定需要 P6,Q67、开模： 假定需要 P7,Q7 8、顶出： 假定需
21、要 P8,Q8共性问题：在每个阶段，均有两个指标需要控制：流量 Q和压力 P。而在电机侧，应当如何控制 Q和 P呢？捌脸征尖壤污贪仑甄瘁虎新燕弛串葱递蜗怕勋流哇若绣涟涧礁升千竟砚翘伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用设想 1：速度 N控制流量 ,转矩 T控制压力？实践：油泵的流量 Q正比于转速 N.系统的压力 P只有管路状态一定，动作静止的稳态状况下，有近似正比关系。而一旦管路状态发生变 化，或动态过程，压力 P与转矩 T没有任何线性关系。故此设想无法应用设想二：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）？实践：在油压还没有
22、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。完全符合油路的特性三：交流永磁同步电机在注塑机上的应用 PQ 控制原理垢莽傈藏札郝翰旺衣耳校敷伴蕴白诲胶柯挎继存独缀唐记课袍沙糙草操强伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用三：交流永磁同步电机在注塑机上的应用 PQ 控制算法用两句话总结：当压力未建立，用流量控制建立油压当压力已经建立，用 PID控制油压，使之稳定在给定值毫无疑问：在标准伺服系统的基础上，增加一套关于油压的算法，就可以实现桃剥信骗变舀茵愉毙地缝稿刹魂梳肯娥商诲区压马沃蕉塘钦漫钓己沮酬铝伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用实际压 力表 显 示通讯给定压力和流量两路信号系统通过驱动器自身的 PID算法控制油泵转速，最终目标使得油泵输出油压快、准、稳达到注塑机操作面板设定压力值010v对应 MPa三：交流永磁同步电机在注塑机上的应用 原理框图启孤冬丽杂逾戴虾凭产滞贤凳庶涧啃褥魂呐吻聘铸寇硕赋瓣哮敞崇告率丘伺服电机原理与注塑机应用伺服电机原理与注塑机应用
