V/F控制模式下恒壓泵動(dòng)力源特性研究

閆 政

(晉中學(xué)院機(jī)械系， 晉中 030619)

0 引言

液壓動(dòng)力源具有高能效、流量變化范圍大，控制方式多變等特點(diǎn)[1-3]，廣泛應(yīng)用在工程機(jī)械、礦山設(shè)備、軍工航天等領(lǐng)域[4-5]。電液動(dòng)力源由原來定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)定量泵發(fā)展到變排量液壓泵，通過控制閥實(shí)現(xiàn)了恒定壓力、恒定流量、恒定功率的輸出，在工作周期大大降低了噪聲，提高了能效。為此，有學(xué)者通過改變配流盤卸荷槽結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新的卸荷槽降低脈動(dòng)，提高泵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[6-12]，也有建立斜盤動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型分析變量泵動(dòng)態(tài)特性[13-14]，該控制模式下雖降低了系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)了壓力、流量和功率的復(fù)合控制，但所有研究只在變量泵部分。在工作過程中，無論執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否處于運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)一直處于額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，能耗大，噪聲大。

通過降低驅(qū)動(dòng)定量泵轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能降噪[15-16],也有變頻控制電機(jī)和變量泵組合實(shí)現(xiàn)流量、壓力控制[17-18],變頻驅(qū)動(dòng)的變量泵控制壓力存在滯后，帶載啟動(dòng)動(dòng)態(tài)特性差。隨著伺服電機(jī)的快速發(fā)展，通過伺服電機(jī)與定量泵、變量泵組合實(shí)現(xiàn)流量、壓力和功率的控制是新的發(fā)展趨勢[19-23],但變轉(zhuǎn)速控制不能解決低流量、高壓力條件下的節(jié)能降噪，同時(shí)伺服電機(jī)控制存在性價(jià)較低、只能適用于功率較小的系統(tǒng)和對(duì)壓力控制采用積分閉環(huán)控制存在系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問題[24-26]。

利用變量泵控制閥實(shí)現(xiàn)了壓力、流量和功率的復(fù)合控制，但恒定轉(zhuǎn)速存在非工作周期能耗大的問題。變速異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在壓力控制滯后帶載啟動(dòng)動(dòng)態(tài)特性差；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在積分控制壓力不穩(wěn)定、性價(jià)比低，變速驅(qū)動(dòng)也未對(duì)恒壓模式和非工作周期的能效開展研究。本文提出采用變頻V/F控制模式，變頻器驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)提供恒壓泵的動(dòng)力，設(shè)計(jì)電液動(dòng)力源，利用恒壓泵解決壓力控制滯后不穩(wěn)定的問題，利用流量反饋?zhàn)冾l控制轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)流量控制，同時(shí)對(duì)壓力和流量控制實(shí)現(xiàn)功率控制，對(duì)帶載啟動(dòng)滯后問題采用蓄能器輔助啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)非工作周期和高壓小流量下工況開展試驗(yàn)。

1 動(dòng)力源工作原理與仿真模型

1.1 工作原理

變頻器壓頻比(V/F控制模式)為額定電壓和額定頻率的比，設(shè)定基準(zhǔn)電壓為380 V，基準(zhǔn)頻率為50 Hz，在預(yù)置啟動(dòng)模式下，可以充分利用低功率大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制和電機(jī)帶載啟動(dòng)。變頻器設(shè)置為V/F控制模式，將液壓系統(tǒng)的壓力和流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，設(shè)置為控制器輸入?yún)?shù)，初始信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

V/F控制模式下變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)恒壓泵系統(tǒng)主要由變頻器、三相異步交流電機(jī)、恒壓泵、壓力先導(dǎo)閥、蓄能器、dSPACE硬件及軟件部分、壓力流量傳感器、功率儀等組成，工作原理如圖1所示。負(fù)載壓力低于恒壓泵壓力先導(dǎo)閥設(shè)定壓力時(shí)，恒壓泵全排量輸出流量；當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，斜盤會(huì)隨著負(fù)載流量需求進(jìn)行擺動(dòng)調(diào)節(jié)排量，滿足負(fù)載需求。蓄能器主要作用系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中補(bǔ)償泵供油不足所需流量，提供大扭矩反拖電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速由變頻異步電機(jī)控制，滿足負(fù)載所需壓力、流量。在V/F控制模式下，當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到設(shè)定恒壓泵壓力時(shí)，此時(shí)處于恒壓模式工作，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速和排量兩個(gè)變量乘積決定流量的變化。如果恒壓模式無法滿足負(fù)載功率要求時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速降低保護(hù)液壓系統(tǒng)過載。當(dāng)處于非工作模式時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)定最低轉(zhuǎn)速降低額外功耗。如果工況需要突然進(jìn)入工作模式，通過蓄能器輔助液壓泵驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)。

圖1 V/F控制模式下恒壓泵工作原理圖Fig.1 Operating principle diagram of constant pressure pump under V/F control mode

1.2 電機(jī)及變頻器組成的數(shù)學(xué)模型

變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)的電機(jī)定子側(cè)電壓u1和電流頻率f1。變頻器的控制電壓uf到恒壓泵轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換過程為：信號(hào)電壓uf為0～1 V，對(duì)應(yīng)的變頻器輸出頻率f1為0～50 Hz，電機(jī)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速np為0～1 500 r/min。

控制電壓和頻率關(guān)系可表示為

f1=Kuuf

(1)

電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系可表示為

np=Kpf1

(2)

異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式為

(3)

電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩平衡公式為

(4)

電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式為

(5)

式中Ku——變頻器增益系數(shù)

Kp——頻率變轉(zhuǎn)速增益系數(shù)

mp——電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)

R′2——折算后每相電阻

u1——異步電機(jī)相電壓

Kf——頻率電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)

np——電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速

Dp——泵排量

pd——泵出口壓力

ηpm——泵機(jī)械效率

t——時(shí)間

1.3 壓力先導(dǎo)閥數(shù)學(xué)模型

電液動(dòng)力源恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)下，恒壓泵輸出流量由排量變化去實(shí)現(xiàn)。通過高壓油流過壓力先導(dǎo)閥，流入控制活塞腔與反饋活塞腔、兩腔壓力差與彈簧建立動(dòng)力學(xué)平衡方程，實(shí)現(xiàn)排量的改變，恒壓功能壓力取決于壓力先導(dǎo)閥壓力。利用壓力先導(dǎo)閥的電磁力對(duì)閥芯進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)控制壓力的設(shè)定。對(duì)于壓力先導(dǎo)閥模型的建立，磁滯回線對(duì)控制影響較大。

磁滯回線特性方程為

(6)

(7)

式中Hed——渦流磁場強(qiáng)度

Hex——剩余損耗磁場強(qiáng)度

σ——材料導(dǎo)電率

В——磁感應(yīng)強(qiáng)度

d——疊后厚度

G——材料橫截面積

V0——磁場分布統(tǒng)計(jì)參數(shù)

目前四肢手術(shù)時(shí)首選氣壓止血帶作為止血工具，目的是為有效地控制術(shù)中出血，保持手術(shù)視野清晰，縮短手術(shù)時(shí)間。但在臨床工作中常發(fā)現(xiàn)有部分患者因氣壓止血帶的使用不當(dāng)導(dǎo)致皮膚損傷、止血帶麻痹、筋膜間隙綜合征和深靜脈栓塞等止血帶損傷等并發(fā)癥，其中以皮膚的損傷為最常見［1-2］。不僅給患者增加額外的身心創(chuàng)傷，影響了疾病的康復(fù)進(jìn)程，而且容易誘發(fā)醫(yī)患矛盾，給臨床工作帶來一系列負(fù)面效應(yīng)。如何正確認(rèn)識(shí)氣壓止血帶使用時(shí)對(duì)皮膚形成的損傷因素，采取合理的護(hù)理對(duì)策，減少因此產(chǎn)生的再次損傷是護(hù)理人員須認(rèn)真面對(duì)的問題。為預(yù)防氣壓止血帶對(duì)皮膚的損傷，我們采用手術(shù)貼膜加紙棉的方法，取得了較好的效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

壓力先導(dǎo)閥動(dòng)力學(xué)平衡方程為

(8)

式中y1——變量活塞位移

pc——控制活塞腔壓力

Ah——反饋活塞面積

Bc——阻尼系數(shù)

m——活塞和負(fù)載總質(zhì)量

Ks——彈簧負(fù)載剛度

F——變量機(jī)構(gòu)負(fù)載力

1.4 變量機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型

變量泵通過斜盤兩邊控制活塞和反饋活塞建立力矩平衡方程，實(shí)現(xiàn)變量機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)達(dá)到變量需求。反饋活塞缸內(nèi)安裝壓縮彈簧，在壓力先導(dǎo)閥沒有和控制活塞連通時(shí)，泵處于最大排量。當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到壓力先導(dǎo)閥給定壓力，高壓控制活塞通過杠桿作用推動(dòng)彈簧活塞腔縮回，斜盤擺角變小。

變量機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程為

(9)

式中J——斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

θ——斜盤擺角M——斜盤阻力矩

M1——?jiǎng)傮w內(nèi)柱塞不平衡力矩

M2——斜盤摩擦力矩

M3——滑靴柱塞摩擦副阻力矩

M4——斜盤重力矩L——力臂

公式中當(dāng)θ擺角增大取“-”運(yùn)算符號(hào)，反之取“+”符號(hào)。

1.5 電液動(dòng)力源仿真模型

建立完整的電液動(dòng)力源仿真模型，須先建立變量泵、壓力先導(dǎo)閥、變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)子模型，見圖2，恒壓泵主要參數(shù)如表1所示。變量泵子模型由單柱塞模型、斜盤動(dòng)力學(xué)模型、變量機(jī)構(gòu)機(jī)液力學(xué)模型、配流盤配流面積程序設(shè)計(jì)模型組成。柱塞旋轉(zhuǎn)一周完成吸排油各一次，9個(gè)柱塞之間的角度差為40°。圖2右上角為變頻驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)的控制模型，基頻電壓信號(hào)和給定電壓信號(hào)為變頻部分的設(shè)定初始信號(hào)，壓力和流量反饋電壓信號(hào)為液壓模型和變頻模型的關(guān)聯(lián)部分。仿真模型中K1、K2、K3、K4、K5對(duì)應(yīng)等效系數(shù)分別為：1.61、0.82、8.72×10-3、2.19、4.61×10-5。左上角為先導(dǎo)壓力閥模型。電磁溢流閥和比例方向閥組合完成負(fù)載加載。蓄能器、電磁換向閥和二位三通換向閥回路完成轉(zhuǎn)速提升、吸油壓力補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速啟動(dòng)。

表1 主要參數(shù)Tab.1 Main parameters

圖2 動(dòng)力源仿真模型Fig.2 Power source simulation model

2 電液動(dòng)力源動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)測試

電液動(dòng)力源特性試驗(yàn)參數(shù)主要包括負(fù)載輸出壓力、流量和功率。試驗(yàn)平臺(tái)主要包括變頻器、電機(jī)、恒壓泵液壓系統(tǒng)、dSPACE信號(hào)處理器、碩華工控機(jī)、各種傳感器。控制器對(duì)比例方向閥、壓力先導(dǎo)閥、電磁換向閥進(jìn)行控制。變頻器輸出功率(電機(jī)輸入功率)采用WT3000型高精度功率測試儀進(jìn)行測試，功率信號(hào)通過處理器集中采集到工控機(jī)，現(xiàn)場試驗(yàn)如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場試驗(yàn)圖Fig.3 Test diagram1.變頻驅(qū)動(dòng)及液壓系統(tǒng) 2.控制及功率儀 3.控制界面

3 動(dòng)力源動(dòng)態(tài)特性分析

3.1 恒壓特性

當(dāng)電液動(dòng)力源處于恒壓模式時(shí)，比例方向閥開口度設(shè)置方波信號(hào)，變頻頻率50 Hz控制信號(hào)設(shè)為1，線性關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)控制信號(hào)分別設(shè)為0.4、0.8、1共3個(gè)電壓，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為450、1 200、1 500 r/min。比例方向閥實(shí)現(xiàn)通斷前后，為了維持恒壓泵恒壓特性，分別將比例方向閥開度信號(hào)電壓設(shè)置如圖4a所示。在此基礎(chǔ)先導(dǎo)閥上壓力設(shè)為20 MPa，仿真曲線見圖4b，試驗(yàn)曲線見圖4c。

圖4 不同頻率恒壓特性曲線Fig.4 Constant voltage characteristic curves at different frequencies

由圖4c得到，0～0.5 s為負(fù)載流量突然變大工況，比例方向閥從0開始設(shè)定1個(gè)小口，負(fù)載流量突然增大，恒壓模式被動(dòng)失去平衡。為了保持設(shè)定的恒壓模式，斜盤瞬間向最大擺角擺動(dòng)，排量變大，負(fù)載流量增大，壓力恢復(fù)設(shè)定值，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。當(dāng)比例方向閥從1 s開始突然關(guān)閉時(shí)，負(fù)載不需流量輸出，壓力升高，斜盤回?cái)[，處于內(nèi)部卸荷狀態(tài)。由轉(zhuǎn)速450、1 200、1 500 r/min試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，比例方向閥突然打開，恒壓模式壓力重新恢復(fù)恒壓狀態(tài)時(shí)間不超0.2 s，此過程斜盤擺角快速增大，系統(tǒng)輸出流量增大，超調(diào)量不超15%；當(dāng)比例方向閥突然關(guān)閉，斜盤快速將擺角變小，流量突然降低進(jìn)入新的平衡模式，此時(shí)壓力超調(diào)不超10%。恒壓模式壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，超調(diào)低，具有良好的壓力動(dòng)態(tài)特性。仿真曲線和試驗(yàn)曲線相吻合，模型準(zhǔn)確性較高。

3.2 流量特性

在非恒壓工作模式下，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以提前設(shè)定。在V/F控制模式下，電磁溢流閥壓力設(shè)置為8 MPa，比例方向閥關(guān)閉，通過溢流閥加載，此時(shí)泵處于最大排量工作模式，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速觀察流量的變化，見圖5a。變頻電壓信號(hào)給定一個(gè)脈沖信號(hào)(0.3～0.4 V)，隨著轉(zhuǎn)速提升，泵輸出流量加大，流量達(dá)到穩(wěn)定輸出時(shí)間超過1 s。進(jìn)一步證實(shí)了變頻異步電機(jī)啟動(dòng)較慢的問題。

圖5 流量特性曲線Fig.5 Flow characteristics

由試驗(yàn)過程可知，變頻器與電機(jī)組成的動(dòng)力源在液壓泵轉(zhuǎn)速提升時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所需時(shí)間較長。為了解決變頻異步電機(jī)啟動(dòng)較慢問題，在轉(zhuǎn)速提升過程中，通過蓄能器給恒壓泵吸油口輸入高壓油液，使泵吸油腔注入高壓油液拖動(dòng)電機(jī)和泵加速啟動(dòng)。通過對(duì)不同蓄能器容積和充氣壓力組合進(jìn)行仿真，經(jīng)過組合分析，選定負(fù)載壓力8 MPa，變頻帶載啟動(dòng)轉(zhuǎn)速為0～1 500 r/min，蓄能器充氣壓力、容積分別設(shè)為20 MPa和16 L、15 MPa和16 L、15 MPa和 20 L 進(jìn)行仿真分析，見圖5b。

由圖5b可得，蓄能器容積變大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間加快，充液壓力增大啟動(dòng)達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行超調(diào)變大。變頻啟動(dòng)系統(tǒng)蓄能器的容積及充氣壓力有關(guān)，對(duì)啟動(dòng)起決定性因素。變頻啟動(dòng)由原來的幾秒可以達(dá)到0.2 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)帶載啟動(dòng)，解決了變頻異步電機(jī)啟動(dòng)慢的問題。

按照仿真要求參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，選用要求的兩個(gè)蓄能器，分別進(jìn)行充氣。利用電磁溢流閥進(jìn)行加載，加載壓力為8 MPa，試驗(yàn)結(jié)果見圖5c。由圖5c可知，3組試驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)間都在0.2 s內(nèi)，充氣壓力高啟動(dòng)快超調(diào)大。相同容積的蓄能器，充氣壓力大啟動(dòng)較快。通過蓄能器輔助啟動(dòng)解決了變頻異步電機(jī)啟動(dòng)慢的問題，為變頻控制液壓系統(tǒng)提供了一種解決快速啟動(dòng)的方法。

4 功率特性分析

4.1 恒功率

變頻V/F控制模式下，可以通過對(duì)負(fù)載壓力控制實(shí)現(xiàn)恒功率。控制器設(shè)給定功率為6 kW，給定功率與泵輸出壓力進(jìn)行運(yùn)算，得出流量，按照電壓控制信號(hào)與流量線性關(guān)系，可以得到所需控制壓力。液壓回路利用電磁溢流閥直接加載，將電磁溢流閥先調(diào)高再調(diào)低過程，負(fù)載保持恒功率，控制變頻器給定電壓按照負(fù)載壓力變化而變化，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，負(fù)載輸出壓力先升高后降低過程，輸出流量變化恰好相反，功率保持不變。

圖6 恒功率特性曲線Fig.6 Constant power characteristics

4.2 高壓小流量及壓力卸荷工況

在加緊、鎖模、支撐等多種工況下，需要?jiǎng)恿υ锤邏盒×髁枯敵觯瑴p小溢流損失、降低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速來提高能效。V/F控制模式下恒壓泵組成的電液動(dòng)力源，利用恒壓泵恒壓特性，可以實(shí)現(xiàn)流量卸荷，滿足高壓力小流量工況。在系統(tǒng)高壓力小流量工作狀態(tài)下，可以繼續(xù)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能降耗。試驗(yàn)設(shè)定變頻控制信號(hào)電壓為0.3～1 V，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 450～1 500 r/min，壓力先導(dǎo)閥設(shè)定壓力為8 MPa，比例方向閥關(guān)閉，電磁溢流閥壓力高于壓力先導(dǎo)閥壓力，試驗(yàn)得高壓小流量電機(jī)輸出功率如圖7所示。

圖7 高壓小流量下功率曲線Fig.7 Power curves under high pressure and small flow

在系統(tǒng)非工作周期，系統(tǒng)壓力卸荷，流量全排量輸出，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。試驗(yàn)過程將安全閥設(shè)壓力為0 MPa，此時(shí)系統(tǒng)卸壓，全流量輸出，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從 450～1 500 r/min勻速上升，得到壓力卸荷，電機(jī)輸出功率如圖7所示。

設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速2～8 s內(nèi)為 450～1 500 r/min，電機(jī)功率從1.6 kW同步上升到6.2 kW。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 500 r/min后，功率穩(wěn)定在5.4 kW，在轉(zhuǎn)速提升時(shí)由于電機(jī)加速導(dǎo)致功率增大。由試驗(yàn)得到高壓小流量工況下，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)功率降低70.3%。在非工作周期，電機(jī)轉(zhuǎn)速2～8 s內(nèi)為 450～1 500 r/min，電機(jī)功率從1.3 kW同步上升至5 kW。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后為3.7 kW，在非工作周期通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)功率可以降低64.8%。利用變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)恒壓泵，在高壓小流量和非工作周期，通過降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)功率分別降低70.3%和64.8%。

4.3 恒壓模式

在恒壓模式下，負(fù)載需要流量恒定時(shí)，可以通過變轉(zhuǎn)速和變排量組合的方式實(shí)現(xiàn)恒定輸出流量。在系統(tǒng)中利用比例方向閥進(jìn)行加載，在恒壓模式下，輸出流量恒定。通過變頻器設(shè)定轉(zhuǎn)速由450 r/min勻速提至1 500 r/min，提速時(shí)間調(diào)整為10 min，此時(shí)電機(jī)加速額外能耗可以忽略不計(jì)。設(shè)定數(shù)據(jù)組合保證電機(jī)最低轉(zhuǎn)速為450 r/min時(shí)，變量泵通過調(diào)整排量可以輸出設(shè)定流量，可以保證最低轉(zhuǎn)速時(shí)排量沒有達(dá)到最大值，保證試驗(yàn)進(jìn)行過程轉(zhuǎn)速和排量組合變化時(shí)刻有效，泵一直處在恒壓模式下運(yùn)行。采用3組調(diào)定流量和壓力組合數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，增加試驗(yàn)準(zhǔn)確性。3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為壓力6 MPa和流量9 L/min、壓力11 MPa和流量14 L/min、壓力18 MPa和流量15 L/min，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。隨著轉(zhuǎn)速提升3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)最低轉(zhuǎn)速450 r/min時(shí)功率分別為1.8、4.3、7.2 kW，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min時(shí)功率分別為5.6、8.1、10.9 kW。3組數(shù)據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速功率差分別為3.8、3.8、3.7 kW，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到，恒壓模式下負(fù)載壓力和流量恒定時(shí)，可以通過大排量小轉(zhuǎn)速組合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能耗降低。從試驗(yàn)結(jié)果可得，該系統(tǒng)電機(jī)在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行能耗可降低3.8 kW。

圖8 恒功率模式變轉(zhuǎn)速功率曲線Fig.8 Constant power mode variable speed power curves

5 結(jié)論

(1)仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，該電液動(dòng)力源可以實(shí)現(xiàn)壓力、流量、功率控制，控制方式簡單、靈活。

(2)V/F控制模式下，通過蓄能器補(bǔ)給變量泵吸油壓力能，解決因變頻異步電機(jī)啟動(dòng)慢的問題。在負(fù)載壓力為8 MPa時(shí)，在0.2 s內(nèi)可以使電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到1 500 r/min。

(3)電液動(dòng)力源在高壓小流量和非工作周期通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)功率分別可以降低70.3%和64.8%；恒壓模式下，大排量低轉(zhuǎn)速該系統(tǒng)能耗可降低3.8 kW。