变频调速在液压泵性能测试中的应用

　　0 引言

　　液压泵是液压传动与控制系统中的能源元件,是诸多机械设备的核心部件之一。为了开发研制较高性能的液压泵,采用变频调速的通用电动机驱动液压泵进行试验分析是目前最为经济且可行的方法之一。本实验采用“变频器+变频调速专用异步电机+增速齿轮箱”的结构,以驱动被试泵,实现调速范围500~10000r/min,电动机能够双向旋转,可适应旋转方向不同的被试泵的试验要求。

　　由于试验系统中包含机械、电力电子和液压三部分,具有难以避免的摩擦、死区、时变、多变量、强耦合等非线性特性,故对其控制方案的实现有较深的难度。在分析了整个系统之后,最终选取了基于转差频率的矢量控制方案,该控制策略,能使系统响应稳定收敛;对谐振抑制和抗干扰有较好效果,在速度响应方面有较小超调。

　　1 试验回路及组成

　　本试验中调速驱动系统模拟液压泵的工作环境,用以对液压泵及液压附件的性能参数进行测试。本试验系统要求液压泵可以实现无级调速,并可根据不同的液压负载提供相应的流量,从而使负载获得一个稳定的状态。

　　1.1 柱塞泵试验台对调速系统的要求

　　试验系统能够测试多种液压变量泵的性能,在性能测试中,要求在被试变量泵的不同的压力和转速组合的情况下,测定其流量和输出转矩值,然后再将试验测得的数据绘制成不同转速下的压力-流量曲线、效率曲线等,用以表明被试泵的性能,这就要求调速系统具有很好的快速性和鲁棒性。

　　变频调速系统的主要性能指标包括稳定性能指标(如调速范围、静差率和调速精度等)、动态性能指标(如速度响应和动态速降等)及其它性能指标(如转矩脉动、频率稳定性、频率精度和系统可用率等)。部分指标简要说明如下:

　　(1)调速范围

　　定义为在额定负载的条件下调速系统可以提供的最高转速与最低转速,本系统中要求调速范围500~10000r/min。

　　(2)调速精度

　　本系统中要求调速精度为±1.5%,并可实现无级调速。

　　(3)增速比

　　本系统中要求增速比i=3。

　　设计控制系统的任务就是在满足主要指标要求的同时兼顾其它指标的要求。

　　1.2 系统结构

　　采用“变频器+变频调速专用异步电机+增速齿轮箱”的结构(如图1),以驱动被试泵,调速范围500~10000r/min,电动机能够双向旋转,可适应旋转方向不同的被试泵的试验要求。同时,我们采取了以下几方面的措施来减小由于高速、大功率(大流量、高压)情况所产生的振动和噪声:①设计方面,使安装电动机、(增速)齿轮箱和被试液压泵底座结构具有较大的刚度和强度;②安装方面,在保证各高速旋转部件的同轴度和联结可靠性的同时,还选用了膜片连轴器,使其具备在扭转方向有很大的刚度、轴向和角向有很大柔性、能传递大载荷、补偿能力好、阻尼特性好、动力特性和减振性能好的特点;③在底座与地基之间加入减振器来吸收设备的振动能量。