摘要：本文介紹了變頻液壓技術(shù)的原理及其在泵測(cè)試系統(tǒng)中的運(yùn)用，解決了泵測(cè)試系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)存在的問題，提高了調(diào)速精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，達(dá)到了節(jié)能的要求。
關(guān)鍵詞：變頻;液壓技術(shù);泵測(cè)試系統(tǒng)

液壓泵是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的核心部件，其功用是將原動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī))產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，并輸出具有一定壓力的油液。由于壓力高、耐污染能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、便于維護(hù)且價(jià)格低廉，液壓泵被廣泛地應(yīng)用于各類液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，其性能的好壞直接影響液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的整體性能。因此，有必要對(duì)液壓泵性能參數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)試。

在液壓泵測(cè)試系統(tǒng)中，被測(cè)泵的轉(zhuǎn)速是個(gè)重要的被控參數(shù)，泵的性能參數(shù)數(shù)據(jù)需要在不同的轉(zhuǎn)速下測(cè)試得到。因此，轉(zhuǎn)速的控制精度以及穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)液壓泵測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在該液壓泵測(cè)試系統(tǒng)中，應(yīng)用變頻液壓技術(shù)，解決了轉(zhuǎn)速控制的精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能的目的。

變頻調(diào)速原理

根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速公式：

n="60f1"(1-s)/p

式中：s—異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率；
fl—電源頻率；
p—電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；

電源頻率f1與轉(zhuǎn)速n成正比。如果平滑地改變加到異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的交流電頻率fl，就可以平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在液壓泵測(cè)試系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制子系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)速控制子系統(tǒng)框圖
控制過程主要是通過工業(yè)控制機(jī)(上位機(jī))軟件編程，通過串口發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)RS232/485轉(zhuǎn)換器送給變頻器，再由變頻器去調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)被試泵的轉(zhuǎn)速，使被試泵在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。

變頻器的外部連接

設(shè)計(jì)變頻器外部接線如圖2所示。這里，MA、MB為故障輸出端子。

可以看出，在電源側(cè)，三相高壓電源首先連接對(duì)應(yīng)變頻器的接線用斷路器QF1、QF2，然后連接交流電抗器AC1、AC2以及電磁接觸器KM，經(jīng)過輸入濾波器FR-LC，進(jìn)入變頻器。斷路器用于防止電路存在的過載、短路以及維護(hù)線路時(shí)切斷電源，保護(hù)設(shè)備以及線路的安全。交流電抗器用于抑制變頻器輸入側(cè)的諧波電流，改善功率因數(shù)。電磁接觸器用于通斷主回路的電源。RF-LC輸入濾波器是接在變頻器的進(jìn)線側(cè)與電源之間，抑制變頻器輸入中高次諧波的噪聲干擾，抑制外界無(wú)線電干擾以及瞬時(shí)沖擊、浪涌對(duì)變頻器的干擾，具備線路濾波和輻射濾波的作用。LCR輸出濾波器安裝在變頻器的輸出側(cè)與電機(jī)之間，由LCR組成，可以減小輸出電流中的高次諧波成份，抑制變頻器輸出側(cè)的浪涌電壓，減小電機(jī)由高頻諧波引起的附加轉(zhuǎn)矩，減小電機(jī)噪音。變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上需加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，這里用了RC吸收器。

變頻器與工控機(jī)之間的通訊

實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器之間通訊的方法有：串行通訊、并行通訊、共享存儲(chǔ)器。采用串行通訊口并通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)容易，成本低廉，具有較高的可靠性和實(shí)用性。工控機(jī)上一般只配有RS232接口，為了與變頻器的RS口相連，必須配置485接口卡或RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。RS232/RS485轉(zhuǎn)換器應(yīng)接于計(jì)算機(jī)COM通訊端口。

這里，所用到的通訊數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為：幀頭、用戶數(shù)據(jù)、幀尾。

(1) 幀頭：起始字節(jié)、從機(jī)地址、廣播地址；
(2) 幀尾：校驗(yàn)數(shù)據(jù)；
(3)用戶數(shù)據(jù)包括：參數(shù)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)。

請(qǐng)注意，在短幀中沒有參數(shù)數(shù)據(jù)。參數(shù)數(shù)據(jù)包括：功能碼操作命令/響應(yīng)、功能碼號(hào)、功能碼設(shè)定/實(shí)際值。過程數(shù)據(jù)包括：主機(jī)控制命令/從機(jī)狀態(tài)響應(yīng)、主機(jī)運(yùn)行設(shè)定/從機(jī)運(yùn)行實(shí)際值。當(dāng)主機(jī)發(fā)送時(shí)為“命令”或“設(shè)定值”，如對(duì)變頻器進(jìn)行開機(jī)、關(guān)機(jī)、正反轉(zhuǎn)、頻率設(shè)置、參數(shù)讀取等，當(dāng)從機(jī)(變頻器)發(fā)送時(shí)為對(duì)主機(jī)命令的“響應(yīng)”或工作狀態(tài)及參數(shù)“實(shí)際值”的反饋。數(shù)據(jù)遵循先發(fā)高字節(jié)，再發(fā)低字節(jié)的原則，如果功能碼操作不正確，則用低字節(jié)返回操作錯(cuò)誤代碼，此時(shí)高字節(jié)為0。

當(dāng)變頻器收到信息時(shí)，先檢驗(yàn)啟始時(shí)間間隔+STX位，然后檢測(cè)信息長(zhǎng)度值LGE。如果這些信息出現(xiàn)不符，那么發(fā)送的信息無(wú)效。在信息接收前和接收過程中還會(huì)檢測(cè)多段時(shí)間，如響應(yīng)延遲時(shí)間、信息有效時(shí)間、字節(jié)延遲時(shí)間等。在接收過程中，還要產(chǎn)生校驗(yàn)位，只有以上信息均正確，且奇偶校驗(yàn)和地址字節(jié)沒有問題時(shí)，發(fā)送的信息才會(huì)被正確接收并執(zhí)行。

使用MEMOBUS通訊功能時(shí)通信端子如圖3所示。SW1為終端電阻。變頻器采用RS485通訊方式，而計(jì)算機(jī)串口通訊采用的是RS232通訊方式，所以，必須通過一個(gè)RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊，一端插在計(jì)算機(jī)串口，一端接變頻器數(shù)據(jù)端。

圖3 通信端子
結(jié)語(yǔ)

泵測(cè)試系統(tǒng)是集機(jī)、電、液于一體的系統(tǒng)，將變頻液壓技術(shù)應(yīng)用泵測(cè)試系統(tǒng)中，有效地融合了交流變頻調(diào)速技術(shù)和液壓節(jié)流節(jié)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)液壓控制方法相比，變頻液壓控制的效率及測(cè)試精度更高。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的日漸成熟，電力電子及液壓節(jié)流節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，變頻液壓系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將會(huì)有所拓寬。

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