淺談變頻液壓技術的發展

史良生

摘 要：液壓是目前常用的一種動力和控制技術，在機械系統設計中起到了非常重要的作用。特別是變頻液壓技術的應用極大的簡化了傳動系統的結構，能夠起到較好的節能效果。該文主要對變頻液壓技術的現狀和使用中存在的問題進行闡述，并且提出相應的解決措施，以促進變頻液壓技術更好地發展。

關鍵詞：變頻 液壓技術 問題和對策

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0049-01

1 變頻液壓技術簡介

液壓是機械系統中常見的一種動力裝置，具有傳動平穩，調速方便的優點，但是由于液壓系統在使用過程中容易發生泄漏，導致其能量傳動效率較低，因此如何提高液壓系統的傳動效率成為人們研究的熱點。電機變頻中通過改變其供電電源的頻率實現對電機速度的調節，如果將其成功應用在液壓系統，就能夠實現液壓回路的簡化，降低液壓系統中的能量損失，即變頻液壓技術。工作過程中液壓泵的輸出流量計算公式如下所示：

其中n表示液壓泵的轉速，表示液壓泵的排量，表示液壓系統中電機的極對數，表示電機的轉差率，表示電機的供電頻率。

通過液壓泵的流量計算公式，可以看出，只要改變電機的頻率，即可實現對電機轉速的調節，進而實現對液壓泵流量的調節，達到調節液壓馬達速度的目的。跟傳統的液壓系統相比，變頻液壓系統不再通過改變液壓泵的排量實現對其轉速的調節。

2 變頻液壓技術使用中存在的問題和對策

通過對國內外已經發表的文獻來看，變頻液壓系統雖然能夠克服傳統液壓系統能量利用率低的問題，但是也存在著動態響應慢，調速精度低等問題，特別是在低速條件下，其穩定性較差，導致變頻液壓系統的應用受到了很大的限制。下面我們就變頻液壓系統存在的主要問題和解決策略進行探討。

（1）低速穩定性。

液壓泵在低速條件下運行時，其吸油能力較差，容易產生氣泡等缺陷，導致油量脈動，引起系統運動噪聲和運動不穩定性。同時使用過程中變頻器容易受諧波電流和基波磁場的作用，產生一定大小的脈動轉矩，引起電機轉速的波動。

為了解決上述問題，在進行液壓系統設計時可以選擇低速性能較好的液壓泵或者性能較好的變頻器，但是這樣會導致系統的設計成本較高。考慮到經濟性原因，一方面可以增加系統中阻尼的大小，以提高系統在低頻下的穩定性，但是這種方法會影響變頻系統的動態響應速度，使變頻液壓系統的控制性能較差；另一方面可以采用先進的控制結構和算法，如模糊控制，增強變頻液壓系統動態響應特性和低速穩定性。

（2）響應特性。

變頻液壓系統中通過控制電機的速度來實現其調速功能，由于電機的轉動慣量較大，其承受過載的能力有限，一般不超過1分鐘，所以系統在使用過程中其加速或者減速性能受到了限制，這就要求變頻液壓系統的運行速度不能過快，影響了系統的動態響應特性。

為了解決變頻液壓系統的動態響應特性，可以通過改善控制系統的結構，降低控制環節的數量來實現。如果工作過程中既要求系統具有較大的調速范圍，又要求有較快的動態響應速度，可以采用綜合調速方法或者合適的控制算法來實現對變頻液壓系統響應速度的調節。

（3）調速精度。

影響液壓系統調速精度的主要因素是速度剛度和慢時變特性，這是由液壓系統本身的特點所決定的。隨著系統工作時間的延長，系統中的溫度會逐漸增加，導致油液溫度增加，油液的黏性和泄漏量等參數就會產生非線性變化，影響系統調速的精度。

為了解決上述問題，可以從以下兩個方面來考慮。一是確保變頻所用電機的轉速不隨著系統負載大小的變化而變化；二是降低慢時特性對系統性能的影響。具體的措施是使用過程中設定合適的轉矩補償、滑差補償等補償參數，實現對電機轉速的調節。

（4）啟動和換向平穩性。

變頻液壓系統中電機的速度在0附近時，電機所能夠提供的力矩值幾乎為零，導致系統在使用過程中存在一定的死區。同時系統在啟動或者停止時，都會受一些非線性環節的影響，使系統產生較大的壓力和轉速波動，影響變頻液壓系統對執行元器件的控制性能。

為了改善變頻液壓系統的控制性能，保證其啟動和換向的平穩性，可以在液壓系統中增加蓄能環節或者采用軟件補償方法，降低變頻液壓系統在啟動過程中的振動。

3 變頻液壓技術的發展趨勢

隨著科技的發展，變頻液壓系統也會向著更好的方向前進，下面給出幾個變頻液壓系統的主要發展方向。

（1）提高能源利用率。

能量損耗是液壓系統的主要缺陷，變頻液壓技術未來發展過程中必須要最大限度的降低能量在傳遞過程中的損失量。同時還要加強對新材料的研究，提高液壓系統的密封性能，減少油量的泄露損失。

（2）實現機電一體化。

機電一體化是機械系統發展的主要趨勢，變頻液壓系統在未來的發展過程中要逐步實現閉環控制，提高系統中各個元器件的性能，最大限度的發揮液壓系統的優勢，如實現對液壓系統參數的自動診斷和測量。

（3）實現系統的主動維護。

隨著新技術的不斷發展，變頻液壓系統在故障預測和診斷方面將會有更多的發展，實現系統維護的智能化。利用先進的計算機技術和數據庫技術，能夠實現對變頻液壓系統中故障部位的自動定位和診斷，并且采取相應的維護措施。

（4）增加新工藝的使用。

隨著科技的不斷發展，一些新型的材料和先進的工藝不斷被探索，變頻液壓系統中各種新型材料和新的工藝也將得到越來越多的應用。如新的鑄造工藝將會逐漸改善液壓系統中各個閥體的性能，降低系統運行過程中的噪聲，同時減少油的泄露，降低系統中的壓力損失現象。

4 結語

隨著科技的不斷進步，變頻液壓技術得到了非常迅速的發展，將電機變頻技術成功應用到液壓系統中，通過對電機電源頻率的調節實現對執行元器件速度的控制，克服了傳統液壓系統在速度調節中的不足之處，解決了傳統液壓系統能量利用率低的問題。目前變頻液壓系統被廣泛應用在機床、電梯以及注塑機等機械設備中，本文就變頻液壓技術在使用中存在的問題和解決策略進行了探討，并且對變頻液壓技術的發展情況進行了展望。

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