交流变频液压调速系统的发展及研究综述
浅谈交流变频调速技术的发展
近20年来，虽然以功率晶体管(GTR)作为逆变器功率器件，8位微处理器为控制核心，按压频比(U /f)控制原理实现异步电动机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步，但下列技术的进步，使变频调速技术进一步得到提升：其一，所有的电力电子器件GTR 已经基本上为绝缘栅双极型晶体管(IGB T)所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块(IPM),使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高;其二，8位微处理器基本被1 6位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能;其三，在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现宽调速，还可进行伺服控制。
变频调速技术的发展，大体可以从如下4个方面进行综述。
1 电力电子器件的更新逆变器从采用晶闸管半控器件到采用GTR全控器件，其输出波形从交流方波发展为脉宽调制(PWM)波形，大大减小了谐波分量，拓宽了异步电动机变频调速范围，并减小了转矩的脉动幅度。
然而，GTR工作频率一般在2kHz以下，载波频率和最小脉宽都受到限制，难以得到较为理想的正弦波脉宽调制波形，使异步电动机在变频调速时产生噪声。
IGBT的工作频率可在10~20kHz之间，与GTR相比，不仅工作频率高出一个数量级，而且在电压和电流指标均已超出GTR。
由于逆变器载波频率的提高，以及可以构成特定的PWM波形，异步电动机变频调速控制器的谐波噪声大为降低。
智能功率模块(IPM)是以IGBT为开关器件，同时含有驱动电路和保护电路的一种功率集成器件(PIC)。
IPM的保护功能有过电流、短路、欠电压、过电压和过热等，还可以实现再生制动。
由IPM组成的逆变器只需对桥臂上各个IGBT提供隔离的PWM信号即可。
简单的外部电路和控制电路的集成化，使变频器体积大为减小。
还有，由于功率开关器件的故障检测和保护电路接近故障点，故可以抑制故障扩大，保证装置可靠运行。
交流变频调速技术在液压系统中的应用
改变 频率啪 同时 同步改 变 电源 电
压Ｈ即可 实现 转 矩 不 变的 调 速性
能。
电输 入 口
ＰＥ
电输 出 口
ＰＥ
图１三相交一直一交变频控制器系统框图
电输 入 口
变频控制器
根据有无直 流储能环节 ，变频 控制 器可分为交一直一交型和交一交 型两种基本类 型。
交一直 一交变 频 器的 电路 （见 图 １）一 般 由整 流 、 中 间 直 流 环 节、逆变和控制 四个 部分 组成 。整 流部 分为三相桥式不 可控 整流器 ， 逆变部分 为ＩＧＢＴ三相桥 式逆 变器 且输 出为ＰＷＭ波形 ，中间直 流环 节 为滤波 、直流储能和缓 冲无功功 率 ，先把 工频交流 电源通过 整流器 转换 成直流电源 ，然后再把 直流 电 源转换成 不同频率的交流 电供 给电 动机 ，使 电动机获得无级调速 所需 要 的 电压 、电流和 频率 。交 一直一 交 变 频 器通 常 根 据 其 中 间滤 波 环 节 ，决定 采用电容器还是 电抗 器 ， 分为 电压型和 电流型两大类 。
图２三相交一交变频控制器系统框图
晶闸管同时有 脉冲 ，建立 电流 ；驱动 电路 部分 ，接受Ｉ／Ｏ扩展的输 出信 号 ， 将 其放大 ，生成 强脉冲触 发 ；数据 采集 电路 ，包括用 于换组的零 电流检测 电路及 同步脉冲检测电路。
交一直 一交型 变频 器的一个缺 陷是随着 电压等级 的提 高和容量的增大 ， 直流环节 的 电容需 要 占用 额外庞大 的体积和 成本 ，而 大功率整流 器 电网侧 的功率 因数 和谐波污 染问题也 比较严重 。与交一直一交 变频器相 比 ，交一交 变 频器的 最大特 点就是无直 流环节 ，能够直接 实现不 同幅值和频 率的交流 能 量转换 。它具有 大容量 、高过载能 力 、效率 高等优 点 ，也存在 频率和功 率 因数低 、谐波旁频等 不利 因素。
交流调速系统综述
1
交流调速系统综述
一、交流调速系统的发展
交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一， 这是和冉力电子器件 制造技术、 变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切 相关。 通用变频器作为早期商品开始在国内上市，是近十年的事，销售额逐年增 加，于今全年有超过数十亿元（RMB）的市场。其中．各种进口品牌居多，功率 小至百瓦大至数千千瓦；功能简易或复杂；精度低或高；响应慢或快：有 PG（测 速机）或无 PG;有噪音或无噪音等等。 对于许多用户来说,这十年中经历了多次更新，现所使用的变频器大都属 于目前最为先进的机型如果从应用的角度来说， 我们的水准与发达国家没有什么 两样。作为国内制造商,通过这十年来对国外的先进技术进行销化，也正在积极 地进行国产变频器的自主开发．努力追赶世界发达国家的水平。 回顾近十年来国外通用变频器技术的发展对于深入了解交流传动与控制 技术的走向， 以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应该说具 有十分积极的意义。 在工业发展的初级阶段， 作为动力的交流电动机是无需调速的。它的调速是 由外界的皮带和齿轮传动来实现的。随着工业发展的进一步提高，尤其是电子方 面的发展和起重运输机械的发展，对电动机提出ｒ调速的要求，进而出现了直流 电机。它提高了生产的连续性和产品的产量及质量，以其快速正反转，准确的定 位取代了简单可靠的交流电动机，并得到了广泛的使用。 80 年代以来，在各个工业发达国家已经开始使用交流调速系统，并取代直 流调速系统 （直流调速系统造价高， 维护投入大） 。 这主要是因为电力电子器件， 脉宽调制技术、 矢量控制技术特别是以微处理机为核心的全数字化控制等关键技 术的发展，才使得结构简单，造价低廉的交流电机调速系统得以取代结构复杂、 维修不便的直流电机调速系统， 并且它具有无速度传感器和矢量控制的功能，调 速范围宽，且可依靠数控技术的支持，不断进行硬件软件化，把硬件减少到最低 限度，提高设备的免维护性、可靠性。其次，电力电子器件的发展，其容量和速 度也不断提高。 现代控制理论的发展和应用，促成了矢量控制的出现，奠定了现代交流电机 调速技术的理论基础， 使交注电机调速系统性能可以与直流电机相比。行进的交 流电机调速系统控制理论与电力电子技术、微电子技术、计算机技术的结合。使 交流电机调速在电气传动领域中越来越占有重要地位， 成为一种典型的机电一体 化设备。随着各种交流电机调速系统的开发，应用、普及，不但能节约大量的能 源，而且将使传统产业发生巨大变革。 从电力拖动的发展过程来看， 交、 直两大调速系统一直并存于各个工业领域， 虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同， 但它们始终是 随着工业技术的发展， 特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。随着电 力电子器件， 单片机的迅速发展， 以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透， 为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利条件。
交流电动机变频调速技术的发展
交流电动机变频调速技术的发展随着电力电子技术和控制理论的不断发展，交流电动机变频调速技术得到了广泛应用。
本文将介绍交流电动机变频调速技术的发展背景、基本原理、应用场景、案例分析以及交流讨论，以期读者能深入了解该技术的应用和发展前景。
交流电动机变频调速技术是一种通过改变电源频率来调节交流电动机转速的技术。
其基本原理基于交流电动机的转速与电源频率成正比关系，通过改变电源频率，可以实现对电动机转速的平滑调节。
目前，常见的交流电动机变频调速方法有直接电源变换型和间接电源变换型两种。
直接电源变换型是通过改变电源的频率和幅值来直接驱动电动机，而间接电源变换型则是通过先转换成直流，再通过逆变器转换成交流来驱动电动机。
两种方法各有优缺点，直接电源变换型具有高效率和快速响应特点，但需要使用昂贵的电力电子设备；而间接电源变换型虽然需要两级转换，但其控制精度高且成本较低。
交流电动机变频调速技术被广泛应用于各种领域。
在工业生产中，该技术用于驱动各种泵、风机、压缩机等设备，实现生产过程的自动化和节能；在交通运输业中，交流电动机变频调速技术用于驱动地铁、轻轨、动车等城市轨道交通车辆，提高运行效率和乘坐舒适度；在电力系统中，该技术用于调节负荷和功率因数，提高电网运行效率和稳定性；在环保领域，交流电动机变频调速技术用于驱动环保设备，如污水泵、除尘器等，实现环保工程的自动化和节能。
随着技术的不断发展，交流电动机变频调速技术的应用前景将更加广阔。
以地铁车辆为例，交流电动机变频调速技术被广泛应用于地铁电传动系统中。
通过使用该技术，地铁车辆能够根据运行需求自动调节速度和加速度，提高运行效率和乘坐舒适度。
同时，该技术还具有对电网的友好特性，能够实现能量的高效回馈，降低能源消耗。
在应用交流电动机变频调速技术时，有一些问题需要注意。
由于该技术的应用涉及到大量的电力电子设备，因此需要充分考虑其可靠性、稳定性和耐久性。
由于不同的应用场景对电动机的调速性能和节能效果有不同的要求，因此需要根据实际情况选择合适的变频器和控制系统。
浅谈交流变频调速技术的发展
浅谈交流变频调速技术的发展近20年来，虽然以功率晶体管(GTR)作为逆变器功率器件，8位微处理器为控制核心，按压频比(U/f)控制原理实现异步电动机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步，但下列技术的进步，使变频调速技术进一步得到提升：其一，所有的电力电子器件GTR 已经基本上为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块(IPM),使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高;其二，8位微处理器基本被1 6位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能;其三，在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现宽调速，还可进行伺服控制。
变频调速技术的发展，大体可以从如下4个方面进行综述。
1 电力电子器件的更新逆变器从采用晶闸管半控器件到采用GTR全控器件，其输出波形从交流方波发展为脉宽调制(PWM)波形，大大减小了谐波分量，拓宽了异步电动机变频调速范围，并减小了转矩的脉动幅度。
然而，GTR工作频率一般在2kHz以下，载波频率和最小脉宽都受到限制，难以得到较为理想的正弦波脉宽调制波形，使异步电动机在变频调速时产生噪声。
IGBT的工作频率可在10~20kHz之间，与GTR相比，不仅工作频率高出一个数量级，而且在电压和电流指标均已超出GTR。
由于逆变器载波频率的提高，以及可以构成特定的PWM波形，异步电动机变频调速控制器的谐波噪声大为降低。
智能功率模块(IPM)是以IGBT为开关器件，同时含有驱动电路和保护电路的一种功率集成器件(PIC)。
IPM的保护功能有过电流、短路、欠电压、过电压和过热等，还可以实现再生制动。
由IPM组成的逆变器只需对桥臂上各个IGBT提供隔离的PWM信号即可。
简单的外部电路和控制电路的集成化，使变频器体积大为减小。
现代交流调速技术的现状和发展
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度.电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此,调速技术一直是研究的热点。
长期以来,直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时,保持励磁电流恒定,可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速;在额定转速以上运行时,保持电枢电压恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
因此,20 世纪80 年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。
近几年来,科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。
交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样,而且成本和维护费用比直流电动机系统更低,可靠性更高。
目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。
以日本为例,1975 年在调速领域,直流占80 %, 交流占20 %;1985 年交流占80 %, 直流占20 % 。
到目前为止,日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。
因此,采用高效率经济型的交流调速系统来取代原有的直流电动机调速系统,是电机调速发展的新动向。
1.现代交流调速技术的发展现代交流调速的法阵可分为几个阶段20 世纪60 年代中期,德国的A Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想,他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中,为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。
从此,交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
（1）电力电子器件的蓬勃发展电力电子器件是现代交流调速装置的支柱,其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。
三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真文献综述
学校代码：11517学号：201250712207HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING文献综述题目三相交流电动机变频调速系统的设计及仿真学生姓名专业班级学号系（部）指导教师(职称)完成时间 2014年3月25 日三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真摘要电动机系统在工业生产活动中应用十分广泛。
2013年我国电动机年产量约为45000万千瓦，平均效率比发到国家低2-3个百分点，其拖动系统效率比发达国家低10-30个百分点。
我国采用电动机变频调速系统普遍较低，中小电动机基本是通用常规类型，还没有形成变频调速电动机系列，变频器电动机集成、智能电动机、机电一体化技术还不太成熟，与发达国家相比还有一定的差距。
随着电力电子器件的发展，以及控制理论的进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善、响应速度快、节能显著等优点，已经广泛应用于电力、制造等经济领域，交流变频调速技术以其优越的性能得到迅速发展。
1.掌握51系列单片机在三相电机控制中的特点、实现方式。
2.电机控制系统核心是选用89C51单片机（专用芯片）。
3.预期目标要具备单片机主控电路、测量电路、IPM接口电路、人机对话、显示电路等。
4．确定本设计的具体方案及步骤，完成硬件系统原理图及方框图、软件流程图、软件编程。
5．系统软件的设计，通过实验仿真，使整个系统能够基本实现电机的平滑调速。
关键词：单片机/Matlab／Simulink /SPWM /变频调速1 绪论交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。
电力电子器件的发展是交流变频调速技术发展的物质基础，现在，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展，目前已广泛用于交流调速的功率模块采用IGBT。
交流变频调速技术发展的现状及趋势
交流变频调速技术发展的现状及趋势交流变频调速技术发展的现状及趋势概述交流电动机变频调速技术是在近⼏⼗年来迅猛发展起来的电⼒拖动先进技术，其应⽤领域⼗分⼴泛。
为了适应科技的发展，将先进技术推⼴到⽣产实践中去，交流变频调速技术已成为应⽤型本科、⾼职⾼专电类专业的必修或选修课程。
变频调速技术概述，常⽤电⼒电⼦器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应⽤概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。
在理论上以必需、够⽤为原则；精⼼选材，努⼒贯彻少⽽精、启发式的教学思想；变频调速技术是⼀种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速⽬的的技术。
⼤家知道，从⼤范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。
由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去⽣产机械的调速多⽤直流电动机。
但直流电动机固有的缺点是，由于采⽤直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费⼯，成本⾼，给⼈们带来不少的⿇烦。
因此⼈们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。
这样就出现了定⼦调速、变极调速、滑差调速、转⼦串电阻调速和串极调速等交流调速⽅式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。
但其调速性能都⽆法和直流电动机相⽐。
直到20世纪80年代，由于电⼒电⼦技术、微电⼦技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。
它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速⽅式，乃⾄直流电动机调速系统，⽽成为电⽓传动的中枢。
要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电⼒拖动系统的知识。
因此，先温习电⼒拖动系统的基础知识。
电⼒拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。
描写电⼒拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也⽤电流，因转矩和电动机的电枢电流成正⽐）。
两者之间的关系式称为机械特性。
交流电动机是电⼒拖动系统中重要的能量转换装置,⽤来实现将电能转换为机械能。
长期以来⼈们⼀直在寻求对电动机转速进⾏调节和控制的⽅法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。
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交流变频液压调速系统的发展及研究综述姚永刚,赵敬云Development and Research Overview of AC Variable FrequencyHydraulic S peed Regulation SystemY AO Y ong2gang,ZH AO Jing2yun(河南机电高等专科学校,河南新乡 453002) 摘 要:分析了传统的节流调速液压回路的不足之处,并介绍了变频液压技术的特点,指出了变频液压动力系统是一种从源头考虑功率匹配的全局型节能动力系统,它具有节能效果好、可简化液压回路、调速范围大、噪声低等优点。
综述了国内外变频液压技术的发展过程、应用领域及研究现状。
讨论了变频液压存在的问题,包括低速稳定性,响应的快速性,起动或换向时的平稳性,调速精度和效率等,并针对这些问题提出了多种不同的对策,最后对变频液压的发展前景作了展望。
关键词:变频;液压技术;调速中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:100024858(2005)11200372041 引言液压动力传动以其传动平稳、调速方便等优良特性在许多领域得到了广泛的应用,但是液压动力传动的能量利用率不高,整机系统的效率较低,电机变频调速技术依靠改变供电电源的频率就可实现对执行机构的速度调节,电机始终处在高效率的工作状态。
将电机变频调速技术用于液压系统,可以克服液压系统的一些缺点,如简化液压回路,减小液压系统的能量损失,扩大调速范围,提高系统效率等。
目前,交流变频液压调速技术已在液压电梯,注塑机等液压动力传动系统中得到应用。
节能一直是液压动力传动中的主要研究方向之一,传统节能型液压回路的节能研究大多数都是从液压系统本身的角度来考虑,努力减小液压系统自身的功率消耗,这些措施包括减少液压元件的功率消耗、设计合理的液压回路,尽量减小回路的压力损失和流量损失来提高整机的功率效率,如各种形式的容积控制回路、压力适应控制回路、流量适应控制回路和功率适应控制回路,以及设计各种形式的蓄能器回路和二次调节液压系统。
其目的就是设法做到液压系统提供的功率和负载所需要的功率相匹配,提高液压系统的功率效率,达到节能的目的。
然而这种仅局限于液压系统的范围来考虑节能的问题有其不足之处,最主要的是没有把电动机的效率特性包括进去。
在液压动力固定设备的设计中,选择电动机时,是以工作循环中负载所需的最大功率来选择,但是,固定设备在实际运行时,大部分时间都是欠负载运行,因而电动机的效率不高,整个系统功率效率的提高也受到限制。
要想提高固定设备的整机功率效率,应该把电动机及其整个动力传动链包括在内来考虑,使得电动机提供的功率和负载所需要的功率相匹配,这种从系统的角度和全局的观点来考虑液压动力设备的节能问题,就是固定液压动力设备的全局负载敏感和全局功率匹配。
2 国内外变频液压技术应用及研究现状变频液压动力传动是一种全局型的新型节能传动方式,它相对于传统的容积控制具有很多优点,国内外对这方面的研究都取得了一定的成果,也有一些成功应用实例。
下面就变频驱动液压技术在国内外的发展、应用及研究概况作一综述。
收稿日期:2005205222 作者简介:姚永刚(1964—),男,河南新乡人,河南机电高等专科学校,副教授,硕士,主要从事自动控制、检测技术等方面的教学与研究工作。
21l 国外应用情况介绍最早由K azuo等人[1]提出了用变频驱动实现液压系统恒压控制方案,Y utaka等人[2,3]对这种带蓄能器变频驱动恒压系统的特性进行了探讨,并做了一些性能测试。
此后,他们又对变频电机驱动定量泵、普通电机驱动变量泵和用变频电机驱动变量泵等几种情况的节能效果及动态特性作了对比实验研究(电机功率515 kW,变频器功率813kVA)。
结果表明,普通电机驱动变量泵系统和用变频电机驱动定量泵系统的效率近似相等,变频电机驱动变量泵系统的效率最高。
普通电机驱动变量泵系统和变频电机驱动变量泵系统的流量响应快于变频电机驱动定量泵系统的流量响应。
K zmeier等人也做了类似的实验,但他们用的是交流伺服电机作驱动电机,电机功率只有115kW。
实验表明,变转速控制系统的效率高于变排量控制系统的效率,而用变转速和变排量复合控制的系统效率高于变转速控制系统的效率。
变转速控制的速度响应快于变排量控制的速度响应。
液压领域中最早应用变频调速技术的对象是液压电梯。
早在1984年,日本三菱公司就开始着手研究变频驱动液压电梯,并于1986年申请了美国专利[4]。
这篇专利文献开创了变频驱动技术用于液压电梯的先河,一直是研究变频驱动液压电梯最基础的文献。
在这篇文献中,提出了通过检测电机转速,将实测转速与给定转速进行比较,利用转速差值信号作为变频器的控制信号,变频器输出不同频率的电信号来实现对电机和泵转速的调节,从而调节液压系统的流量。
20世纪90年代初,三菱公司率先将这种变频驱动的液压电梯推向市场,到90年代末,瑞士柏林格(Beringer)公司和德国Leislrilz AG公司推出了变频驱动的液压产品。
柏林格公司推出的变频驱动液压电梯,其控制系统采用变频和阀控技术相结合的方案,用其高质量的动态双向流量传感器作为反馈元器件实现闭环控制。
电梯上行工作原理与其他标准变频驱动液压系统相同,下行的起始加速段和减速停止段采用比例电磁阀控制,其他阶段采用变频控制。
德国Leislrilz AG公司推出的变频驱动液压电梯是采用变频驱动技术和活塞缸带配重系统相结合的方案。
除了在液压电梯上应用以外,变频驱动液压技术还在飞机、注塑机、液压转向系统、制砖厂等获得应用。
另外,国外有些公司还将电机和泵集成一体,再和相应的变频器配套,做成变频驱动液压动力泵站,成为一个功能部件产品。
图1a是T runinger AG公司的EPQ 泵。
EPQ泵实际上是变频交流伺服电机驱动的内啮合齿轮泵通过变频器控制电机转速,使得系统的压力和流量得到精确控制。
当在注塑机中使用EPQ泵时,可以缩短循环周期,降低能耗。
这种EPQ泵已有系列产品供应。
运行时EPQ泵浸入油中,如图1b所示。
a)T runinger AG公司泵b)泵浸入油中图1 EPQ泵212 国内应用情况介绍国内最早从事变频驱动液压技术的研究是浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,自1992年开展对变频驱动液压电梯研究以来,先后开发研制了3种变频液压电梯控制系统:变频2阀控相结合、上下行全变频和带蓄能器的变频控制系统。
变频2阀控相结合的变频驱动液压电梯控制系[5],其上行采用VVVF变频容积调速控制,下行则采用流量2电反馈二通电液比例阀控制的混合控制系统。
该系统的特点是对变频器的力矩性能要求不高,无需电机轴转速反馈,简化了液压泵站结构;而下行采用流量反馈的比例二通阀调速,虽然结构简单,但是下行过程的势能没有得到利用,在下行过程中由于阀口节流损失引起的油液温升比较严重,方案的实用性不佳。
全变频驱动液压电梯控制系统[6],其上、下行程均为变频容积调速,而且下行时由电梯轿厢自重所产生的机械能带动电机反转,电机处于发电状态,向电网回馈电能。
这种系统同阀控液压电梯相比,其节能率可达40%。
不过由于采用轿厢速度直接反馈,中间包含较多的环节,虽然可以获得较高的稳态精度,但系统的动态控制品质较差。
带蓄能器的变频驱动液压电梯控制系统[7],下行时轿厢自重所产生的机械能通过由电机2主回路泵/马达2蓄能回路泵/马达2蓄能器所组成的压力2能量转换装置转换成压力能储存在蓄能器中;当在上行时,储存在蓄能器中的压力能又为电梯提供辅助动力。
这种系统同阀控液压电梯相比,其节能率达到60%,而且可以较大幅度地降低系统的装机功率。
另外,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室电梯组多年来对多种智能控制算法在变频驱动液压电梯中的应用进行了深入的研究。
其中包括变频驱动液压电梯的模糊控制、模糊PI D控制、单神经元PI D控制、非线性PI D控制、C MAC神经网络控制,提高了变频驱动液压电梯的控制品质。
关于注塑机的变频驱动研究,目前尚无相关的研究文献发表。
3 变频液压技术主要存在的问题及对策从目前国内外的研究结果和文献看,变频液压调速系统存在诸如动态响应慢、低速特性差、调速精度不易保证等一些问题,下面简述主要存在的问题和相应的对策。
影响变频液压技术低速稳定性的原因如下:1)低速稳定性液压泵转速过低,自吸能力下降,容易造成吸油不充分而形成气蚀,引起噪声和流量脉动,影响速度稳定性;其次,对于电压型交2直2交变频器,低频时低次谐波电流与基波磁场相互作用,会产生脉动转矩,致使电机转速波动;另外,低频力矩不足、异步电机低频运行时固有的下稳定性、电机转动部分与逆变器直流中间环节中滤波与储能元件之间能量交换中产生的谐振现象、无功功率的影响等都是引起转速不稳定的可能原因。
一般情况下,变频调速系统在某一特定范围内会出现系统运行不稳定区,它和电机参数及运行条件有关。
解决低速稳定性,固然可以从选择低速性能好的泵和高性能变频器来考虑,但需要付出较高的成本。
除此之外,也可以从如下两方面入手:一是进一步增大系统的转动惯量或阻尼来改变整个固定液压动力设备的结构参数,提高系统的稳定性,但是增大转动惯量或阻尼会使得整个系统的动态响应进一步减慢,控制品质变差;二是采用合理的控制结构和好的控制算法,如利用模糊控制和神经网络控制提高系统的动态控制品质和低速稳定性,采用负载压力补偿的办法提高执行机构的速度稳定性。
2)响应快速性交流变频容积控制系统是通过改变电机转速来改变液压系统的流量,由于一般的异步电机的转动惯量大于液压泵的转动惯量以及变频器的过载能力有限,例如,过载50%只允许1min,影响了加速性能。
减速也不能过快,否则,再生能量会引起逆变器直流电压过高,保护功能动作,因此,一般变转速容积控制系统比传统容积控制系统的响应要慢。
性能好的变频器对提高系统响应的快速性有利。
改善控制系统的结构、减小控制环节的个数会提高系统响应的快速性。
当既要求大范围调速,又要求响应速度较快时,可采用综合调速控制。
即充分利用交流变频容积控制系统调速范围大、节能效果显著的特点,又要保留阀控缸或阀控马达响应快的优点,组成综合调速系统,也可以采用合适的控制算法来改善系统的动态品质,提高系统响应的快速性。
3)起动或换向时的平稳性当电机转速在零附近时,变频器2电机环节提供的力矩很小,几乎为零,故存在一定的死区;另外,在起动和制动时,系统存在静、动摩擦的转换以及其他一些非线性环节(如死区、滞环、泄漏)的影响,都会产生系统压力脉动和转速波动,甚至可能会失去对负载的控制作用。
低频力矩大、死区小的变频器有利于起动或换向时的平稳性,在液压回路中增加蓄能环节也有利于起动或换向时的平稳性。