逆变器在液压泵试验装置中的应用.pdf

一 逆变器在液压泵试验装置中的应用 邹毅 柳 曾 兴 丁 H弓 摘要 液压泵性 髓试验装置中使用 交流 电机_ _ 逆变器” 方式 进行流量调节， 证明采用交流变额 容积 调速 具 有高 教 、 节能 、控制 品质 优 良等特性 关麓 调 液 压泵逆 变 器流量调 节试验 装置 - ‘’ _ 一 __ - -一 1 ．概述 液压泵的总效率是液压泵性能试验中的主要内容。泵的总效率包含泵的容积效率和泵的机披 效率两部分。求取这些效率都与泵的流量变化有关。目前， 在泵的性 能试验中常用的调速方法是 “ 直流电机可控硅调速” 或 交流电机可控硅调速 或“ 交流电机变速机构” 。 近年来 ， 以脉宽调 制逆变器作为交流电动机的驱动级 ， 实现变频调速的技术 日益成熟 ， 故我们在液压泵性能试验装置 中使用了“ 交流 电机 逆变器 的方式进行流量调节 。 实践证 明采用交 流变频 容积调速具 有高效 、 节 能 ， 控制品质优 良等特性 。 2 ．系统框 图 使用“ 逆变器 交 流电机” 的方式 ， 是通过 改变 电机 的转速来 实现 泵的流量变化 。 其构成框 图见 图 1 。 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 园 上 国 圈 1 。 逆 变器 交 流 电机” 构成 框 图 图中， 逆变器控制器由使用者根据控制要求进行设计。扭矩一转速传感器用于测量扭矩、 转速 的试验数据 。 3 ．系统设计与逆变器的选择 3 ． 1系 统设计要点 本系统中， 负载转速作为逆变器的控制对象。保持速度恒定 ， 电机供给的转矩必须与该速度下 机械所作 的功和 损耗 ， 即该速度下的 负载转矩相适应 。根据 负载转矩和 电机产生的转矩 ， 系统的运 动方程式可用下式表 示 GD 2 dN GD dN， 、 ’ 面 ’ 面 ’ 船 ’ j 机电 设备1 9 9 5年第 1期 维普资讯 式 中 T 加速转矩 一TM T k g m T 电机 产生的转矩 k g m T 负载转矩 k gm GD。 电机的飞轮转矩 换算到 电机轴上的负载飞轮转矩 k g m N 转速 r p m t 时间 s g 重 力加速 度 m／ s 由运 动方 程式可 以得 出 T 一0时， 速度 N 保持恒定 ； T 0时 ， 速 度 N 上 升 ； T 0时 ， 速度 N 下降。即要控制 电机的转速 ， 必须具有控制 电机产生转矩 T 的功能 。 电机速度从 N a 到达 N b 所需要的时间由上面运动方程式得出， 一 。． 通常 ， 加速 时间是 指频率从零变到最高所需要的时间 ； 减速时 间指从最 高频率变 至零的 时间， 加速 时间给定要保证将加速 电流限制在逆变器过 电流允许容量以内； 减速时间给定要防止平滑回路的 电压过大。 液压泵作 为平方转矩 负载 ， 其 加速和 减速 时间可通过下式求 出， t A≥ ∽ ∽ 式 中 t ， t o 给定加速时 间， 减速 时间 s Nma x最高转速 r p m T _ mi n 最小加速 转矩 k g m T o ． mi n 最小 减速转矩 k g m T rai n 、 T o ． mi n由各速 度下的 负载 转矩 与 电机产生转矩的关系 曲线来确定 。 如图 2 所 示 。 3 ． 2系统控制方式 本试验系统采用开环速度控制 。 此时 ， 对 于逆 变器来说频率给定为输入信号 即速度指令 ， 如 图 3 所示。输入某一值的给定信号 ， 按照在加、 减 速 时 间给定 回路 中所 确定 的时 间特性 控制 V／ F 模 式 ， 逆 变器 向 电机输 出确 定的 电压 Vn和 频率 f D 。电机 的转 矩根 据 电压 Vn频 率 f n产 生 转矩 Tn ， 与负载转矩相 一致 ， 即在转速 Nn下稳定运转 _ 厂 协再卡 圈 2最 小 加减速 转矩 考虑 本系统负载转矩变化及 电源 电压的变动对速度精度影响不大 ， 故采 用开环控制 也能满足 机电设 备1 9 9 5年 第 1期 4 5 维普资讯 控制转速 恒定 士l r p m 以内 的要求 。 圉 3 开 环速 度控制 方块 图 回 根据使用要求 ， 控 制器 提供 正反转控制 、 紧急停 车、 多档转速选 择等功 能 。 速度调节既可以通过 电位器进 行连 续调 节 ， 也可以按 设定好的多档选择开关 来调 节 。多档选择控制 回路 要求 有联 锁 ， 以 防止有两个外部速度给定信号同时输入。 3 ． 3逆变器的选择 通常逆变器以适用电机功率 k w ， 额定输出电流 A ， 输出容量 k vA 来表示其容量。其中， 额定输出电流为逆变器可以连续输 出的最大交流电流的有效值 ， 使用时不允许连续流过超过此值 的电流 。 考虑 电机 用逆变 器起动时 ， 其起 动转矩同甩工 频 电源起 动相 比一般要变小 ， 为满足负载所要 求 的起 动转矩和 低速 区转矩 要求 ， 逆变 器和电机的容量应适当加大 。 输 出 电压 逆变器输 出电压可按 电机额定 电压来选定 。 输 出频率 逆变器最高输出频率根据使用 目的来确定。大容量逆变器最高输出频率一般不超过工频 逆变器 的外 围设备 可根据需要来选用 。 4 ．结论 1 使用变频调速可以有很宽的调速比， 频率范围可达 0 ． 5 4 0 0 H z ； 2 由于起动频率的设定范围可以比较低 ， 所以起动阶段的起动转矩特性较好{ 3 对于由负载而引起的速 度偏差 ， 可以进 行转 差频 率补偿 ， 以保 证设 定的转速 精度 ； 4 “ 逆变器 交流 电机 ” 相对“ 可控硅 调速 器直流电机 的体积更为紧凑 。 5 可以方便地与微机相连， 构成计算机控制系统， 实现 自动控制} 6 变频调速用于 电液流 量控制 系统 ， 相对 于“ 定量泵 节 流阀 的节 流调速控制 具有 明显 的 节能效果 } 相对于“ 交流电机变量泵” 的容积调速控制 ， 在低速和频响较高的使用场合具有明显的 优点 。 参考文献 1 ．许振茂等．变频 调速器使用手册． 兵器工业 出版社 ， 1 9 9 2 ， 2 ．F UJ I I NVERTERS F RENI C 5 0 0 0 G7 ’ ／ P7 TECHNI CAL I NATI ON 机 电设备1 9 9 5 年 第 1期 维普资讯