浅谈变频液压技术的发展

史良生

摘 要：液压是目前常用的一种动力和控制技术，在机械系统设计中起到了非常重要的作用。特别是变频液压技术的应用极大的简化了传动系统的结构，能够起到较好的节能效果。该文主要对变频液压技术的现状和使用中存在的问题进行阐述，并且提出相应的解决措施，以促进变频液压技术更好地发展。

关键词：变频 液压技术 问题和对策

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0049-01

1 变频液压技术简介

液压是机械系统中常见的一种动力装置，具有传动平稳，调速方便的优点，但是由于液压系统在使用过程中容易发生泄漏，导致其能量传动效率较低，因此如何提高液压系统的传动效率成为人们研究的热点。电机变频中通过改变其供电电源的频率实现对电机速度的调节，如果将其成功应用在液压系统，就能够实现液压回路的简化，降低液压系统中的能量损失，即变频液压技术。工作过程中液压泵的输出流量计算公式如下所示：

其中n表示液压泵的转速，表示液压泵的排量，表示液压系统中电机的极对数，表示电机的转差率，表示电机的供电频率。

通过液压泵的流量计算公式，可以看出，只要改变电机的频率，即可实现对电机转速的调节，进而实现对液压泵流量的调节，达到调节液压马达速度的目的。跟传统的液压系统相比，变频液压系统不再通过改变液压泵的排量实现对其转速的调节。

2 变频液压技术使用中存在的问题和对策

通过对国内外已经发表的文献来看，变频液压系统虽然能够克服传统液压系统能量利用率低的问题，但是也存在着动态响应慢，调速精度低等问题，特别是在低速条件下，其稳定性较差，导致变频液压系统的应用受到了很大的限制。下面我们就变频液压系统存在的主要问题和解决策略进行探讨。

（1）低速稳定性。

液压泵在低速条件下运行时，其吸油能力较差，容易产生气泡等缺陷，导致油量脉动，引起系统运动噪声和运动不稳定性。同时使用过程中变频器容易受谐波电流和基波磁场的作用，产生一定大小的脉动转矩，引起电机转速的波动。

为了解决上述问题，在进行液压系统设计时可以选择低速性能较好的液压泵或者性能较好的变频器，但是这样会导致系统的设计成本较高。考虑到经济性原因，一方面可以增加系统中阻尼的大小，以提高系统在低频下的稳定性，但是这种方法会影响变频系统的动态响应速度，使变频液压系统的控制性能较差；另一方面可以采用先进的控制结构和算法，如模糊控制，增强变频液压系统动态响应特性和低速稳定性。

（2）响应特性。

变频液压系统中通过控制电机的速度来实现其调速功能，由于电机的转动惯量较大，其承受过载的能力有限，一般不超过1分钟，所以系统在使用过程中其加速或者减速性能受到了限制，这就要求变频液压系统的运行速度不能过快，影响了系统的动态响应特性。

为了解决变频液压系统的动态响应特性，可以通过改善控制系统的结构，降低控制环节的数量来实现。如果工作过程中既要求系统具有较大的调速范围，又要求有较快的动态响应速度，可以采用综合调速方法或者合适的控制算法来实现对变频液压系统响应速度的调节。

（3）调速精度。

影响液压系统调速精度的主要因素是速度刚度和慢时变特性，这是由液压系统本身的特点所决定的。随着系统工作时间的延长，系统中的温度会逐渐增加，导致油液温度增加，油液的黏性和泄漏量等参数就会产生非线性变化，影响系统调速的精度。

为了解决上述问题，可以从以下两个方面来考虑。一是确保变频所用电机的转速不随着系统负载大小的变化而变化；二是降低慢时特性对系统性能的影响。具体的措施是使用过程中设定合适的转矩补偿、滑差补偿等补偿参数，实现对电机转速的调节。

（4）启动和换向平稳性。

变频液压系统中电机的速度在0附近时，电机所能够提供的力矩值几乎为零，导致系统在使用过程中存在一定的死区。同时系统在启动或者停止时，都会受一些非线性环节的影响，使系统产生较大的压力和转速波动，影响变频液压系统对执行元器件的控制性能。

为了改善变频液压系统的控制性能，保证其启动和换向的平稳性，可以在液压系统中增加蓄能环节或者采用软件补偿方法，降低变频液压系统在启动过程中的振动。

3 变频液压技术的发展趋势

随着科技的发展，变频液压系统也会向着更好的方向前进，下面给出几个变频液压系统的主要发展方向。

（1）提高能源利用率。

能量损耗是液压系统的主要缺陷，变频液压技术未来发展过程中必须要最大限度的降低能量在传递过程中的损失量。同时还要加强对新材料的研究，提高液压系统的密封性能，减少油量的泄露损失。

（2）实现机电一体化。

机电一体化是机械系统发展的主要趋势，变频液压系统在未来的发展过程中要逐步实现闭环控制，提高系统中各个元器件的性能，最大限度的发挥液压系统的优势，如实现对液压系统参数的自动诊断和测量。

（3）实现系统的主动维护。

随着新技术的不断发展，变频液压系统在故障预测和诊断方面将会有更多的发展，实现系统维护的智能化。利用先进的计算机技术和数据库技术，能够实现对变频液压系统中故障部位的自动定位和诊断，并且采取相应的维护措施。

（4）增加新工艺的使用。

随着科技的不断发展，一些新型的材料和先进的工艺不断被探索，变频液压系统中各种新型材料和新的工艺也将得到越来越多的应用。如新的铸造工艺将会逐渐改善液压系统中各个阀体的性能，降低系统运行过程中的噪声，同时减少油的泄露，降低系统中的压力损失现象。

4 结语

随着科技的不断进步，变频液压技术得到了非常迅速的发展，将电机变频技术成功应用到液压系统中，通过对电机电源频率的调节实现对执行元器件速度的控制，克服了传统液压系统在速度调节中的不足之处，解决了传统液压系统能量利用率低的问题。目前变频液压系统被广泛应用在机床、电梯以及注塑机等机械设备中，本文就变频液压技术在使用中存在的问题和解决策略进行了探讨，并且对变频液压技术的发展情况进行了展望。

参考文献

[1] 张健民，杨华勇，路甬详.能量回馈式VVVF液压电梯速度控制系统研究[J].机械工程学报，2000，36（7）：61-65.

[2] 徐兵.采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究[D].杭州：浙江大学，2001.

[3] 彭天好，徐兵，杨华勇.变频液压技术的发展及研究综述[J].浙江大学学报（工学版），2004，38（2）：215-221.

[4] 徐兵，杨华勇.变频驱动液压电梯控制系统综述[J].中国机械工程，2001，12（9）：1082-1086.

[5] 权龙，李凤兰.注塑机电液控制系统节能原理及最新技术[J].机床与液压，1999（5）：6-7.

[6] 张健民，杨华勇，路甫祥.能量回馈式液压电梯速度控制系统研究[J].机械工程学报，2000，36（7）：61-65.endprint