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泵控注塑电机驱动的工作规划

伺服直驱泵控注塑机油路系统用伺服电机来控制油泵,液压系统的流量与压力控制对应到伺服电机的速度与力矩控制,由于伺服电机能够被精确的控制,只需精确控制伺服电机的速度与力矩就能很好的控制液压系统的流量与压力,因此系统可以按照实际需要来输出电机的功率。注塑机在一个工作周期过程中,因为不同的工艺阶段流量与压力的需求不同,注塑机主控制器的压力和流量给定信号将会根据需求而有不同设置。伺服驱动器会根据当前的工艺状态,来确定速度闭环或压力闭环状态,速度与压力控制在同一时刻只能有一个起主导作用。此时驱动器通过传感器实时采集获得注塑机液压系统的压力与流量反馈信号,并不断地调整电机的转速与力矩,因此伺服电机在整个负载变化的范围内实现液压系统的流量与压力按需匹配,无多余的能量损耗,功率消耗达到最小值。如图1所示为注塑机伺服直驱泵控系统总体示意图。

图1:注塑机伺服直驱泵控系统示意图

注塑机伺服直驱泵控系统示意图

伺服电机工作在速度闭环状态时,伺服直驱泵控系统的工作原理。合模时,前期大部分是以速度控制为目标的。伺服电机以给定的速度带动油泵,液压油经过电磁阀AB端注入动作执行油缸左部腔体,通过连杆推动动模板前进,右侧液压油则通过CD端流回油箱。当模板接近终止位置时切换到高压锁模阶段,此时系统工作在压力闭环,以给定压力为目标,使机构达到规定的锁模力并锁住。以转速n和供电电源频率fs之间保持严格的同步关系而命名的,即只要供电电源的频率fs不变,则同步电机的转速就恒为常值而与负载大小无关。永磁东莞电机的转子通常由转子铁心、永磁体和转子转轴组成。一般多采用稀土永磁材料做磁钢,如钕铁硼(Nd-Fe-B)和钐钴合金(Sm-Co)等具有很高的剩磁密度(0.9T)和很大的矫顽力的材料。

图2:永磁同步电机的转子结构图

永磁同步电机的转子结构图

永磁同步电机主要用于千瓦级别以下的伺服传动系统中,伺服系统常用于快速、准确、精密的控制场合,这就要求永磁电机有小的转动惯量、小的转矩脉动、线性的转矩-电流特性以及大的过载能力;永磁同步电动机体积小、重量轻、效率高,转子无发热问题,控制系统较异步电机简单。因此,永磁同步电机组成的伺服系统广泛应用于柔性制造系统、机器人、办公室及工业自动化、数控机床等领域。

三相永磁同步电机有A、B、C三相绕组,各绕组的轴线在二维平面彼此相差120°定子各相电流产生的磁动势合成为一个以一定的角速度旋转且幅值大小不变的矢量,矢量的旋转在空间形成了一个磁链圆。如图3所示,ABC坐标系代表三相定子空间位置,d-q坐标系叫做旋转坐标系,是固定在转子上随其同步运动的坐标系。

图3:三相定子分布图

三相定子分布图

从永磁同步电机在A-B-C坐标系中的电压方程和磁链方程可以看出,其电机数学模型是与转子位置角$相关的非线性时变方程,不易直接求解。为此,必须使用其他的模型来等效该模型,以便于分析和求解。永磁同步电机的数学模型可以分别转化为A-B-C三相静止坐标系、X-P两相静止坐标系和d-q两相动坐标系下三种数学模型。在前两种情况下的电压方程为一组变系数的线性微分方程,不易直接求解,而d-q两相动坐标系下的模型无论对转子的动态分析还是静态分析都略胜一筹。