淺談變頻液壓技術的發(fā)展

史良生

摘 要：液壓是目前常用的一種動力和控制技術，在機械系統(tǒng)設計中起到了非常重要的作用。特別是變頻液壓技術的應用極大的簡化了傳動系統(tǒng)的結構，能夠起到較好的節(jié)能效果。該文主要對變頻液壓技術的現(xiàn)狀和使用中存在的問題進行闡述，并且提出相應的解決措施，以促進變頻液壓技術更好地發(fā)展。

關鍵詞：變頻 液壓技術 問題和對策

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0049-01

1 變頻液壓技術簡介

液壓是機械系統(tǒng)中常見的一種動力裝置，具有傳動平穩(wěn)，調速方便的優(yōu)點，但是由于液壓系統(tǒng)在使用過程中容易發(fā)生泄漏，導致其能量傳動效率較低，因此如何提高液壓系統(tǒng)的傳動效率成為人們研究的熱點。電機變頻中通過改變其供電電源的頻率實現(xiàn)對電機速度的調節(jié)，如果將其成功應用在液壓系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)液壓回路的簡化，降低液壓系統(tǒng)中的能量損失，即變頻液壓技術。工作過程中液壓泵的輸出流量計算公式如下所示：

其中n表示液壓泵的轉速，表示液壓泵的排量，表示液壓系統(tǒng)中電機的極對數(shù)，表示電機的轉差率，表示電機的供電頻率。

通過液壓泵的流量計算公式，可以看出，只要改變電機的頻率，即可實現(xiàn)對電機轉速的調節(jié)，進而實現(xiàn)對液壓泵流量的調節(jié)，達到調節(jié)液壓馬達速度的目的。跟傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)相比，變頻液壓系統(tǒng)不再通過改變液壓泵的排量實現(xiàn)對其轉速的調節(jié)。

2 變頻液壓技術使用中存在的問題和對策

通過對國內外已經發(fā)表的文獻來看，變頻液壓系統(tǒng)雖然能夠克服傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)能量利用率低的問題，但是也存在著動態(tài)響應慢，調速精度低等問題，特別是在低速條件下，其穩(wěn)定性較差，導致變頻液壓系統(tǒng)的應用受到了很大的限制。下面我們就變頻液壓系統(tǒng)存在的主要問題和解決策略進行探討。

（1）低速穩(wěn)定性。

液壓泵在低速條件下運行時，其吸油能力較差，容易產生氣泡等缺陷，導致油量脈動，引起系統(tǒng)運動噪聲和運動不穩(wěn)定性。同時使用過程中變頻器容易受諧波電流和基波磁場的作用，產生一定大小的脈動轉矩，引起電機轉速的波動。

為了解決上述問題，在進行液壓系統(tǒng)設計時可以選擇低速性能較好的液壓泵或者性能較好的變頻器，但是這樣會導致系統(tǒng)的設計成本較高。考慮到經濟性原因，一方面可以增加系統(tǒng)中阻尼的大小，以提高系統(tǒng)在低頻下的穩(wěn)定性，但是這種方法會影響變頻系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，使變頻液壓系統(tǒng)的控制性能較差；另一方面可以采用先進的控制結構和算法，如模糊控制，增強變頻液壓系統(tǒng)動態(tài)響應特性和低速穩(wěn)定性。

（2）響應特性。

變頻液壓系統(tǒng)中通過控制電機的速度來實現(xiàn)其調速功能，由于電機的轉動慣量較大，其承受過載的能力有限，一般不超過1分鐘，所以系統(tǒng)在使用過程中其加速或者減速性能受到了限制，這就要求變頻液壓系統(tǒng)的運行速度不能過快，影響了系統(tǒng)的動態(tài)響應特性。

為了解決變頻液壓系統(tǒng)的動態(tài)響應特性，可以通過改善控制系統(tǒng)的結構，降低控制環(huán)節(jié)的數(shù)量來實現(xiàn)。如果工作過程中既要求系統(tǒng)具有較大的調速范圍，又要求有較快的動態(tài)響應速度，可以采用綜合調速方法或者合適的控制算法來實現(xiàn)對變頻液壓系統(tǒng)響應速度的調節(jié)。

（3）調速精度。

影響液壓系統(tǒng)調速精度的主要因素是速度剛度和慢時變特性，這是由液壓系統(tǒng)本身的特點所決定的。隨著系統(tǒng)工作時間的延長，系統(tǒng)中的溫度會逐漸增加，導致油液溫度增加，油液的黏性和泄漏量等參數(shù)就會產生非線性變化，影響系統(tǒng)調速的精度。

為了解決上述問題，可以從以下兩個方面來考慮。一是確保變頻所用電機的轉速不隨著系統(tǒng)負載大小的變化而變化；二是降低慢時特性對系統(tǒng)性能的影響。具體的措施是使用過程中設定合適的轉矩補償、滑差補償?shù)妊a償參數(shù)，實現(xiàn)對電機轉速的調節(jié)。

（4）啟動和換向平穩(wěn)性。

變頻液壓系統(tǒng)中電機的速度在0附近時，電機所能夠提供的力矩值幾乎為零，導致系統(tǒng)在使用過程中存在一定的死區(qū)。同時系統(tǒng)在啟動或者停止時，都會受一些非線性環(huán)節(jié)的影響，使系統(tǒng)產生較大的壓力和轉速波動，影響變頻液壓系統(tǒng)對執(zhí)行元器件的控制性能。

為了改善變頻液壓系統(tǒng)的控制性能，保證其啟動和換向的平穩(wěn)性，可以在液壓系統(tǒng)中增加蓄能環(huán)節(jié)或者采用軟件補償方法，降低變頻液壓系統(tǒng)在啟動過程中的振動。

3 變頻液壓技術的發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展，變頻液壓系統(tǒng)也會向著更好的方向前進，下面給出幾個變頻液壓系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

（1）提高能源利用率。

能量損耗是液壓系統(tǒng)的主要缺陷，變頻液壓技術未來發(fā)展過程中必須要最大限度的降低能量在傳遞過程中的損失量。同時還要加強對新材料的研究，提高液壓系統(tǒng)的密封性能，減少油量的泄露損失。

（2）實現(xiàn)機電一體化。

機電一體化是機械系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢，變頻液壓系統(tǒng)在未來的發(fā)展過程中要逐步實現(xiàn)閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)中各個元器件的性能，最大限度的發(fā)揮液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢，如實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)參數(shù)的自動診斷和測量。

（3）實現(xiàn)系統(tǒng)的主動維護。

隨著新技術的不斷發(fā)展，變頻液壓系統(tǒng)在故障預測和診斷方面將會有更多的發(fā)展，實現(xiàn)系統(tǒng)維護的智能化。利用先進的計算機技術和數(shù)據庫技術，能夠實現(xiàn)對變頻液壓系統(tǒng)中故障部位的自動定位和診斷，并且采取相應的維護措施。

（4）增加新工藝的使用。

隨著科技的不斷發(fā)展，一些新型的材料和先進的工藝不斷被探索，變頻液壓系統(tǒng)中各種新型材料和新的工藝也將得到越來越多的應用。如新的鑄造工藝將會逐漸改善液壓系統(tǒng)中各個閥體的性能，降低系統(tǒng)運行過程中的噪聲，同時減少油的泄露，降低系統(tǒng)中的壓力損失現(xiàn)象。

4 結語

隨著科技的不斷進步，變頻液壓技術得到了非常迅速的發(fā)展，將電機變頻技術成功應用到液壓系統(tǒng)中，通過對電機電源頻率的調節(jié)實現(xiàn)對執(zhí)行元器件速度的控制，克服了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)在速度調節(jié)中的不足之處，解決了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)能量利用率低的問題。目前變頻液壓系統(tǒng)被廣泛應用在機床、電梯以及注塑機等機械設備中，本文就變頻液壓技術在使用中存在的問題和解決策略進行了探討，并且對變頻液壓技術的發(fā)展情況進行了展望。

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