交流變頻調速在液壓系統中的應用

王容霞

（廣州南洋理工職業學院）

交流變頻調速在液壓系統中的應用

王容霞

（廣州南洋理工職業學院）

伴隨著變頻調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速技術的力度也越來越高。本文是闡述了在運用變頻調速技術的基礎上，采取頂推液壓系統滿足工程需求的原理，并剖析研究了它的主要特點，對頂推液壓系統出現的響應快速性和調速精準度進行了相關處理。

交流變頻調速；液壓系統

液壓動力傳動具有許多優勢和特點，比如說傳動較為穩定、調速較為便捷、功率體積比較大等等，并且已經在很多的產業中，都獲得了巨大推廣和運用，但是，由于液壓動力傳動的能源使用率較為低下，整機系統的效能也不是很高，所以，節約能源是液壓傳動目前要研究的最主要方面之一。動力、操縱和能耗是現在與液壓系統相關的最主要的部分[1]。

液壓系統的另一種容積調速方式，叫做變頻調速。它的原理是在檢查觀測到電動機的旋轉速度時，反映給變頻器的輸出頻率，根據對電機旋轉速度的閉環來進行有效調控，用調節液壓系統能夠測出流量。變頻調速是根據泵的排量的多少，來實現調速變化的，是當下大功率液壓系統最常見的容積調速方法，它的優點概括起來，就是調速范圍大、溢流損失小[2]。

1 交流變頻調速液壓系統的原理

圖1 頻液壓站原理圖

本文要探討的變頻調速液壓泵站，是根據交流變頻器所能掌控的異步電機的旋轉速度，然后產生能夠達到預期的效果時，能提供的輸出電流來控制調速的，這也就是變頻液壓站的運作原理。為了能夠得到可控的電壓和頻率數值，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）轉變成，頻率能進行可控制的特定交流電源（AC）[3]。

構成變頻調速系統的最為主要的部分是變頻器，它主要是由掌控核心的回路、控制的回路和保護的回路這三個回路構成的，因此，它也是變頻液壓站最主要的部分。本文闡述的系統，采用了VFD．B高機能、向量控制交流電機變頻器。

2 交流變頻調速在液壓系統中存在的問題與對策

2.1 響應的快速性

交流變頻調速液壓控制系統，主要是通過改變電機旋轉的速度來改變壓力及流量。但是，因為普通的異步電機轉動所達到的慣量絕對會超過油泵的，此外，變頻器的過載能力也會具有限制的參數，一般過載一半只能出現1min，這樣對加速的能力就出現了干擾和影響。減速也同樣如此，過快就會導致逆變器直流電壓太高，那么就需要采取保護。所以，需要響應速度快的時候，就不適合使用交流變頻調速液壓控制系統了。普通用在響應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。從這個方面來說，比伺服變量泵調速系統稍差。一般大流量的液壓伺服系統，對于頻率響應的要求標準很低，運用交流變頻調速液壓控制系統幾乎可以滿足任何要求。當需要同時滿足大范圍調速和響應速度較快的時候，就使用綜合調速控制。不僅能完全發揮交流變頻調速液壓控制系統調速范圍大，節能效果好的優勢，還可以保持閥控缸或閥控馬達響應快的優勢，共同組成調速系統。

2.2 精度調速

期望速度的準確程度叫做調速精度。主要被兩個因素所左右：①速度剛度，也就是指在執行器負載出現變化時，它的速度不會同時變化的能力；②系統的慢時變特性，比方說液壓系統中的油液，當油液的溫度、油液的黏性和油液的泄漏量的多少等，隨著時間的變化而同時產生非線性變化的時候，就會影響系統在輸出時的特別性能和調速精度了。

為了除去和減少負載對電機旋轉速度的干擾，以及液壓系統的慢時變特性對系統輸出的干擾，就要根據兩個因素來衡量：①要保證電機的旋轉速度不會因為負載的改變而改變；②要抵消或減弱液壓系統的慢時變特性對系統輸出的干擾。對變頻器配置合理的轉矩和滑差補償，在負載改變數值時能夠合理地調控泵（電機）的轉速，這樣就可以在一定程度上補充回路流露的數量，保持執行器旋轉速度的穩定，確保它的速度剛度能得到更好的體現。此外，挑選帶矢量調控的變頻器能夠極大地提升電機轉速軸的速度剛度，有助于提升調速精度。也能夠挑選適合的控制回路和適合的控制算法、參數、補償系統未知參數及非線性的干擾，加強系統的魯棒性，從而提升執行器的速度剛度來保證調速精度。

2.3 低速穩定性

使用交流變頻調速液壓控制系統，轉速較低時常常出現不穩定的情況。①因為油泵轉速比較低時，自吸能力減弱，導致吸油不充分常出現氣蝕，引發噪聲和流量脈動，最終干擾速度的穩定性。②因為現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生作用，出現脈動轉矩，導致電機轉動角速度出現波動，特別是在低頻時，電機轉速產生的脈動會影響壓力脈動，使脈動轉矩波動數值更加明顯，嚴重時導致劇烈的振動和噪音。除此之外，異步電機進行低頻的運作會出現持續的不穩定、電機旋轉部分與逆變器直流中間環節中濾波、貯能元件之間能源交互中出現的諧振現象、無功功率的干擾等都是影響轉速無法持續穩定的可能性原因。通常情況下，變頻調速系統在一個特殊數值內會出現系統不穩定的區域，它和電機參數及運行條件相互聯系。這是使用交流變頻調速液壓控制系統需要非常關注的問題。

[1]包恩秉.變頻調速控制技術在液壓頂管機中的應用[J].流體傳動與控制，2012（06）.

[2]曾智榮.變頻調速技術在橋梁頂推液壓系統中的應用[J].液壓與氣動，2013（10）.

[3]李英，林景紅.交流變頻調速系統在直升機液壓系統全模擬試驗臺上的應用.[J].直升機技術，2014（4）.

TH137

A

1004-7344（2016）03-0269-01

2016-1-10

王容霞（1983-），女，湖北公安人，碩士研究生，廣州南洋理工職業學院教師，研究方向為電氣自動化和機電一體化。