变频电液速度控制系统的仿真研究

　　1 概述

　　液压传动在矿山机械中应用广泛，传统的节流和容积调速方式，实际应用各有其局限性。本文研究的变频电液调速系统，液压泵的驱动电动机采用变频调速改变泵的输出流量，达到调节执行元件运动速度的要求。

　　2 变频电液调速系统

　　如图 1 所示。通过变频器 5 改变电动机 6 的供电频率来调节定量泵 7 的转速，控制输出流量，调节定量液压马达 9 的转速。这个闭式回路由高压安全阀 8 防止过载，由补油泵 1、单向阀 2 和溢流阀 3 进行补油和热交换。光电编码器 10 检测液压马达转速，并反馈给控制器 4 确定供电频率，实时控制液压马达转速［1］。

　　3 系统建模

　　(1) 变频器环节(VVVF 控制方式)

　　变频器输出电流频率与其输入电压存在线性关系:

　　f_s= K_int·u(1)

　　式中:f_s—输出电流频率，Hz;

　　u—输入控制电压，V;

　　K_int=—变频器的增益系数。

　　因 f_s= 0 ～ 50 Hz，u = 0 ～ 5 V，故:K_int= 10 Hz / V。

　　若不考虑低压补偿，变频器输出电压与电流频率也呈线性关系:

　　U_A= K_f·f_s(2)

　　式中:U_A—变频器输出电压值，V;

　　K_f=—变频器到电机的增益系数。

　　因 U_A= 0 ～ 380 V，f_s= 0 ～ 50 Hz，故:

　　K_f= 7. 6 V / Hz

　　U_A= K_int·K_f·u = 76·u (3)

　　(2) 电动机环节

　　在变频变压的工作条件下，电动机的瞬变过程较短，可以忽略。异步电动机的电磁转矩为:

　　T_e= K_T1·UA－ K_T2·np(4)

　　n_p—电动机转速，r/min。

　　式中:m_p—电动机极对数，此处 m_p= 2;

　　R′₂—折算到定子侧的转子每相的电阻，Ω。

　　电动机轴的力矩平衡方程为:

　　式中:J_T—电机轴的折算转动惯量;

　　B_T—液压泵轴阻尼系数;

　　T_p—负载转矩，N·m。

　　电机负载转矩为:

　　T_p= D_p·P_p/ η_mp(8)

　　式中:D_p—液压泵排量，L/min;

　　P_p—液压泵出口压力，Pa;

　　η_mp—泵的机械效率。

　　(3) 泵环节

　　采用轴向柱塞泵。忽略油液压缩性的影响，油泵的出口流量为: