交流变频调速在液压系统中的应用

王容霞

（广州南洋理工职业学院）

交流变频调速在液压系统中的应用

王容霞

（广州南洋理工职业学院）

伴随着变频调速这种科技手段的日渐提升和制作成本的逐步走低，中国使用和推广变频调速技术的力度也越来越高。本文是阐述了在运用变频调速技术的基础上，采取顶推液压系统满足工程需求的原理，并剖析研究了它的主要特点，对顶推液压系统出现的响应快速性和调速精准度进行了相关处理。

交流变频调速；液压系统

液压动力传动具有许多优势和特点，比如说传动较为稳定、调速较为便捷、功率体积比较大等等，并且已经在很多的产业中，都获得了巨大推广和运用，但是，由于液压动力传动的能源使用率较为低下，整机系统的效能也不是很高，所以，节约能源是液压传动目前要研究的最主要方面之一。动力、操纵和能耗是现在与液压系统相关的最主要的部分[1]。

液压系统的另一种容积调速方式，叫做变频调速。它的原理是在检查观测到电动机的旋转速度时，反映给变频器的输出频率，根据对电机旋转速度的闭环来进行有效调控，用调节液压系统能够测出流量。变频调速是根据泵的排量的多少，来实现调速变化的，是当下大功率液压系统最常见的容积调速方法，它的优点概括起来，就是调速范围大、溢流损失小[2]。

1 交流变频调速液压系统的原理

图1 频液压站原理图

本文要探讨的变频调速液压泵站，是根据交流变频器所能掌控的异步电机的旋转速度，然后产生能够达到预期的效果时，能提供的输出电流来控制调速的，这也就是变频液压站的运作原理。为了能够得到可控的电压和频率数值，最开始要做的，是先确定电源是直流电，而不是交流电，使用逆变器可以把直流电源（DC）转变成，频率能进行可控制的特定交流电源（AC）[3]。

构成变频调速系统的最为主要的部分是变频器，它主要是由掌控核心的回路、控制的回路和保护的回路这三个回路构成的，因此，它也是变频液压站最主要的部分。本文阐述的系统，采用了VFD．B高机能、向量控制交流电机变频器。

2 交流变频调速在液压系统中存在的问题与对策

2.1 响应的快速性

交流变频调速液压控制系统，主要是通过改变电机旋转的速度来改变压力及流量。但是，因为普通的异步电机转动所达到的惯量绝对会超过油泵的，此外，变频器的过载能力也会具有限制的参数，一般过载一半只能出现1min，这样对加速的能力就出现了干扰和影响。减速也同样如此，过快就会导致逆变器直流电压太高，那么就需要采取保护。所以，需要响应速度快的时候，就不适合使用交流变频调速液压控制系统了。普通用在响应的频率一般都要少于2Hz，如果在小范围改变的伺服控制，频率就可以稍微超多2Hz一点。从这个方面来说，比伺服变量泵调速系统稍差。一般大流量的液压伺服系统，对于频率响应的要求标准很低，运用交流变频调速液压控制系统几乎可以满足任何要求。当需要同时满足大范围调速和响应速度较快的时候，就使用综合调速控制。不仅能完全发挥交流变频调速液压控制系统调速范围大，节能效果好的优势，还可以保持阀控缸或阀控马达响应快的优势，共同组成调速系统。

2.2 精度调速

期望速度的准确程度叫做调速精度。主要被两个因素所左右：①速度刚度，也就是指在执行器负载出现变化时，它的速度不会同时变化的能力；②系统的慢时变特性，比方说液压系统中的油液，当油液的温度、油液的黏性和油液的泄漏量的多少等，随着时间的变化而同时产生非线性变化的时候，就会影响系统在输出时的特别性能和调速精度了。

为了除去和减少负载对电机旋转速度的干扰，以及液压系统的慢时变特性对系统输出的干扰，就要根据两个因素来衡量：①要保证电机的旋转速度不会因为负载的改变而改变；②要抵消或减弱液压系统的慢时变特性对系统输出的干扰。对变频器配置合理的转矩和滑差补偿，在负载改变数值时能够合理地调控泵（电机）的转速，这样就可以在一定程度上补充回路流露的数量，保持执行器旋转速度的稳定，确保它的速度刚度能得到更好的体现。此外，挑选带矢量调控的变频器能够极大地提升电机转速轴的速度刚度，有助于提升调速精度。也能够挑选适合的控制回路和适合的控制算法、参数、补偿系统未知参数及非线性的干扰，加强系统的鲁棒性，从而提升执行器的速度刚度来保证调速精度。

2.3 低速稳定性

使用交流变频调速液压控制系统，转速较低时常常出现不稳定的情况。①因为油泵转速比较低时，自吸能力减弱，导致吸油不充分常出现气蚀，引发噪声和流量脉动，最终干扰速度的稳定性。②因为现在很多变频器使用的是电压型逆变器供电，低次谐波电流与基波磁场产生作用，出现脉动转矩，导致电机转动角速度出现波动，特别是在低频时，电机转速产生的脉动会影响压力脉动，使脉动转矩波动数值更加明显，严重时导致剧烈的振动和噪音。除此之外，异步电机进行低频的运作会出现持续的不稳定、电机旋转部分与逆变器直流中间环节中滤波、贮能元件之间能源交互中出现的谐振现象、无功功率的干扰等都是影响转速无法持续稳定的可能性原因。通常情况下，变频调速系统在一个特殊数值内会出现系统不稳定的区域，它和电机参数及运行条件相互联系。这是使用交流变频调速液压控制系统需要非常关注的问题。

[1]包恩秉.变频调速控制技术在液压顶管机中的应用[J].流体传动与控制，2012（06）.

[2]曾智荣.变频调速技术在桥梁顶推液压系统中的应用[J].液压与气动，2013（10）.

[3]李英，林景红.交流变频调速系统在直升机液压系统全模拟试验台上的应用.[J].直升机技术，2014（4）.

TH137

A

1004-7344（2016）03-0269-01

2016-1-10

王容霞（1983-），女，湖北公安人，硕士研究生，广州南洋理工职业学院教师，研究方向为电气自动化和机电一体化。