变频液压站的工作原理及其应用

　　0 概述

　　20 世纪 70 年代以来, 随着电力电子技术和控制理论的高速发展, 交流电动机变频调速技术取得了突破性的进展。交流电动机变频调速以其优异的调速性能、制动性能、高效率、高功率因数、高节能效果、广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式, 是当今节能、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。交流电动机变频调速主要有如下一些优点: ①调速范围宽, 可以使普通异步电动机实现无级调速; ②启动电流小, 而启动转矩大; ③启动平滑, 消除机械的冲击力, 保护机械设备; ④对电动机具有保护功能, 降低电机的维修费用; ⑤具有显著的节电效果; ⑥通过调节电压和频率的关系方便地实现恒转矩或者恒功率调速。用直流电动机可方便地进行调速, 但直流电动机的体积大, 造价高, 维护量大, 并且无节能效果, 而交流电动机的体积小, 价格低廉, 运行性能优良, 维护量小, 重量轻, 在各行各业的生产实践中应用广泛, 因此, 对交流电动机进行变频调速具有重大的实用性。液压动力传动以其传动平稳、调速方便、功率体积比大等优良特性在许多领域获得了广泛的应用, 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, 因此, 节能一直是液压动力传动中的主要研究方向之一。交流电动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。将交流电动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, 减少液压系统的能量损失, 提高系统效率, 降低噪声等, 其中最重要的是减少液压系统的能量损失, 提高整个系统的效率。

　　1 变频液压站的工作原理

　　根据电动机学的基本原理, 异步电动机的同步转速公式如下:

　　n₀=60f/p

　　式中 n₀———电动机的同步转速, 单位为 r/min;

　　p———电动机定子绕组的磁极对数;

　　f———电动机电源的频率, 单位为 Hz。

　　异步电动机输出轴的转速公式如下:

　　n=n₀(1- s)=60f(1- s)/p

　　式中 n———电动机的输出轴转速, 单位为 r/min;

　　n₀———电动机的同步转速, 单位为 r/min;

　　p———电动机定子绕组的磁极对数;

　　f———电动机电源的频率, 单位为 Hz;

　　s———异步电动机的转差率, s=(n₀- n)/n₀。

　　由此公式可看出: 在保证转差率 s 和磁极对数 p 不变时, 电动机转速 n 与电源频率成正比, 即电源频率增加, 电动机转速 n 增加; 电源频率下降, 电动机转速 n 也下降。通过改变异步电动机的供电频率, 就能改变电动机的转速, 从而实现调速。这种通过改变电源频率实现的交流电机速度调节过程, 称为交流电动机变频调速。