王容霞

（廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院）

交流變頻調(diào)速在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

王容霞

（廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院）

伴隨著變頻調(diào)速這種科技手段的日漸提升和制作成本的逐步走低，中國使用和推廣變頻調(diào)速技術(shù)的力度也越來越高。本文是闡述了在運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)的基礎(chǔ)上，采取頂推液壓系統(tǒng)滿足工程需求的原理，并剖析研究了它的主要特點(diǎn)，對(duì)頂推液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的響應(yīng)快速性和調(diào)速精準(zhǔn)度進(jìn)行了相關(guān)處理。

交流變頻調(diào)速；液壓系統(tǒng)

液壓動(dòng)力傳動(dòng)具有許多優(yōu)勢和特點(diǎn)，比如說傳動(dòng)較為穩(wěn)定、調(diào)速較為便捷、功率體積比較大等等，并且已經(jīng)在很多的產(chǎn)業(yè)中，都獲得了巨大推廣和運(yùn)用，但是，由于液壓動(dòng)力傳動(dòng)的能源使用率較為低下，整機(jī)系統(tǒng)的效能也不是很高，所以，節(jié)約能源是液壓傳動(dòng)目前要研究的最主要方面之一。動(dòng)力、操縱和能耗是現(xiàn)在與液壓系統(tǒng)相關(guān)的最主要的部分[1]。

液壓系統(tǒng)的另一種容積調(diào)速方式，叫做變頻調(diào)速。它的原理是在檢查觀測到電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，反映給變頻器的輸出頻率，根據(jù)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的閉環(huán)來進(jìn)行有效調(diào)控，用調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)能夠測出流量。變頻調(diào)速是根據(jù)泵的排量的多少，來實(shí)現(xiàn)調(diào)速變化的，是當(dāng)下大功率液壓系統(tǒng)最常見的容積調(diào)速方法，它的優(yōu)點(diǎn)概括起來，就是調(diào)速范圍大、溢流損失小[2]。

1 交流變頻調(diào)速液壓系統(tǒng)的原理

圖1 頻液壓站原理圖

本文要探討的變頻調(diào)速液壓泵站，是根據(jù)交流變頻器所能掌控的異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，然后產(chǎn)生能夠達(dá)到預(yù)期的效果時(shí)，能提供的輸出電流來控制調(diào)速的，這也就是變頻液壓站的運(yùn)作原理。為了能夠得到可控的電壓和頻率數(shù)值，最開始要做的，是先確定電源是直流電，而不是交流電，使用逆變器可以把直流電源（DC）轉(zhuǎn)變成，頻率能進(jìn)行可控制的特定交流電源（AC）[3]。

構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)的最為主要的部分是變頻器，它主要是由掌控核心的回路、控制的回路和保護(hù)的回路這三個(gè)回路構(gòu)成的，因此，它也是變頻液壓站最主要的部分。本文闡述的系統(tǒng)，采用了VFD．B高機(jī)能、向量控制交流電機(jī)變頻器。

2 交流變頻調(diào)速在液壓系統(tǒng)中存在的問題與對(duì)策

2.1 響應(yīng)的快速性

交流變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)，主要是通過改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度來改變壓力及流量。但是，因?yàn)槠胀ǖ漠惒诫姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所達(dá)到的慣量絕對(duì)會(huì)超過油泵的，此外，變頻器的過載能力也會(huì)具有限制的參數(shù)，一般過載一半只能出現(xiàn)1min，這樣對(duì)加速的能力就出現(xiàn)了干擾和影響。減速也同樣如此，過快就會(huì)導(dǎo)致逆變器直流電壓太高，那么就需要采取保護(hù)。所以，需要響應(yīng)速度快的時(shí)候，就不適合使用交流變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)了。普通用在響應(yīng)的頻率一般都要少于2Hz，如果在小范圍改變的伺服控制，頻率就可以稍微超多2Hz一點(diǎn)。從這個(gè)方面來說，比伺服變量泵調(diào)速系統(tǒng)稍差。一般大流量的液壓伺服系統(tǒng)，對(duì)于頻率響應(yīng)的要求標(biāo)準(zhǔn)很低，運(yùn)用交流變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)幾乎可以滿足任何要求。當(dāng)需要同時(shí)滿足大范圍調(diào)速和響應(yīng)速度較快的時(shí)候，就使用綜合調(diào)速控制。不僅能完全發(fā)揮交流變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)調(diào)速范圍大，節(jié)能效果好的優(yōu)勢，還可以保持閥控缸或閥控馬達(dá)響應(yīng)快的優(yōu)勢，共同組成調(diào)速系統(tǒng)。

2.2 精度調(diào)速

期望速度的準(zhǔn)確程度叫做調(diào)速精度。主要被兩個(gè)因素所左右：①速度剛度，也就是指在執(zhí)行器負(fù)載出現(xiàn)變化時(shí)，它的速度不會(huì)同時(shí)變化的能力；②系統(tǒng)的慢時(shí)變特性，比方說液壓系統(tǒng)中的油液，當(dāng)油液的溫度、油液的黏性和油液的泄漏量的多少等，隨著時(shí)間的變化而同時(shí)產(chǎn)生非線性變化的時(shí)候，就會(huì)影響系統(tǒng)在輸出時(shí)的特別性能和調(diào)速精度了。

為了除去和減少負(fù)載對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的干擾，以及液壓系統(tǒng)的慢時(shí)變特性對(duì)系統(tǒng)輸出的干擾，就要根據(jù)兩個(gè)因素來衡量：①要保證電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度不會(huì)因?yàn)樨?fù)載的改變而改變；②要抵消或減弱液壓系統(tǒng)的慢時(shí)變特性對(duì)系統(tǒng)輸出的干擾。對(duì)變頻器配置合理的轉(zhuǎn)矩和滑差補(bǔ)償，在負(fù)載改變數(shù)值時(shí)能夠合理地調(diào)控泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速，這樣就可以在一定程度上補(bǔ)充回路流露的數(shù)量，保持執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定，確保它的速度剛度能得到更好的體現(xiàn)。此外，挑選帶矢量調(diào)控的變頻器能夠極大地提升電機(jī)轉(zhuǎn)速軸的速度剛度，有助于提升調(diào)速精度。也能夠挑選適合的控制回路和適合的控制算法、參數(shù)、補(bǔ)償系統(tǒng)未知參數(shù)及非線性的干擾，加強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，從而提升執(zhí)行器的速度剛度來保證調(diào)速精度。

2.3 低速穩(wěn)定性

使用交流變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速較低時(shí)常常出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。①因?yàn)橛捅棉D(zhuǎn)速比較低時(shí)，自吸能力減弱，導(dǎo)致吸油不充分常出現(xiàn)氣蝕，引發(fā)噪聲和流量脈動(dòng)，最終干擾速度的穩(wěn)定性。②因?yàn)楝F(xiàn)在很多變頻器使用的是電壓型逆變器供電，低次諧波電流與基波磁場產(chǎn)生作用，出現(xiàn)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度出現(xiàn)波動(dòng)，特別是在低頻時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的脈動(dòng)會(huì)影響壓力脈動(dòng)，使脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)數(shù)值更加明顯，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致劇烈的振動(dòng)和噪音。除此之外，異步電機(jī)進(jìn)行低頻的運(yùn)作會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的不穩(wěn)定、電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分與逆變器直流中間環(huán)節(jié)中濾波、貯能元件之間能源交互中出現(xiàn)的諧振現(xiàn)象、無功功率的干擾等都是影響轉(zhuǎn)速無法持續(xù)穩(wěn)定的可能性原因。通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)在一個(gè)特殊數(shù)值內(nèi)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的區(qū)域，它和電機(jī)參數(shù)及運(yùn)行條件相互聯(lián)系。這是使用交流變頻調(diào)速液壓控制系統(tǒng)需要非常關(guān)注的問題。

[1]包恩秉.變頻調(diào)速控制技術(shù)在液壓頂管機(jī)中的應(yīng)用[J].流體傳動(dòng)與控制，2012（06）.

[2]曾智榮.變頻調(diào)速技術(shù)在橋梁頂推液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng)，2013（10）.

[3]李英，林景紅.交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在直升機(jī)液壓系統(tǒng)全模擬試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)用.[J].直升機(jī)技術(shù)，2014（4）.

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2016-1-10

王容霞（1983-），女，湖北公安人，碩士研究生，廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院教師，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化和機(jī)電一體化。