变频电液速度控制系统的仿真研究.pdf

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1、·16·煤矿机电2010年第5期变频电液速度控制系统的仿真研究赵庆龙(煤炭科学研究总院上海分院，上海200030)摘要：设计变频电液速度控制系统，建立系统数字模型，进行仿真研究，为变频调速技术在液压系统中的应用提供了新思路。关键词：变频调速；异步电机；数学模型中图分类号：3"I-1137；TP271+．3l文献标识码：B文章编号：1001-0874(2010)05-0016—04SimulationStudyofConvertingElectro—hydraulicSpeedControlSystemZHAO

2、Qing·long(ShanghaiBranchofChinaCoalResearchInstitute，Shanghai200030，China)Abstract：AConvertingelectro·hydraulicspeedcontrolsystemisdesigned．Afterestablishingthemathematicmodelofsystem，thesimulationstudyiscarriedout．Thenewideaisprovidedfortheapplicationofinv

3、ertingspeedcontroltechniqueinthehydraulicsystem．Keywords：convertingspeedcontrol；asynchronouselectricmotor；mathematicmodel1概述液压传动在矿山机械中应用广泛，传统的节流和容积调速方式，实际应用各有其局限性。本文研究的变频电液调速系统，液压泵的驱动电动机采用变频调速改变泵的输出流量，达到调节执行元件运动速度的要求。2变频电液调速系统如图1所示。通过变频器5改变电动机6的供电频率来调节定量泵7的

4、转速，控制输出流量，调节定量液压马达9的转速。这个闭式回路由高压安全阀8防止过载，由补油泵l、单向阀2和溢流阀3进行补油和热交换。光电编码器10检测液压马达转速，并反馈给控制器4确定供电频率，实时控制液压马达转速⋯。3系统建模(1)变频器环节(VVVF控制方式)变频器输出电流频率与其输入电压存在线性关系：Z=Kin,·u(I)图1变频电液调速系统原理图1一补油泵；2一单向阀；3一溢流阀；4一控制器；5一变频器；6一电动机；7一液压泵；8—安全阀；9一液压马达；10光电编码器式中Z一输出电流频率，Hz；u—输入

5、控制电压，V；．，Ki。=}变频器的增益系数。“因工=0—50Hz，u=O一5V，故：Ki。=10Hz／V。若不考虑低压补偿，变频器输出电压与电流频率也呈线性关系：以=耳·Z(2)式中：以一变频器输出电压值，V；，，巧=}变频器到电机的增益系数。2010年第5期煤矿机电·17·因uA=0—380VZ=O一50Hz，故：Kf=7。6V／HzuA=Ki。t‘gf’u=76。“(2)电动机环节式中：％～泵和液压马达之间的密封腔体积；反一密封腔的体积弹性模量。(3)分析可得：在变频变压的工作条件下，电动机的瞬变过程较

6、短，可以忽略。异步电动机的电磁转矩为：疋=Kn。以一％·n。(4)式中：Kn=鑫·Kf(5)％=可3·(嘉-吩)‘(6)n。一电动机转速，r／min。式中：％一电动机极对数，此处m，=2；尺；一折算到定子侧的转子每相的电阻，Q。电动机轴的力矩平衡方程为：加誓=t一乙一Brnv(7)式中：．，，一电机轴的折算转动惯量；B，一液压泵轴阻尼系数；瓦一负载转矩，N·m。电机负载转矩为：瓦=D，’只／7唧(8)式中：D。一液压泵排量，L／rain；尸。一液压泵出口压力，Pa；，7。一泵的机械效率。(3)泵环节毒·誓=D

7、F～一q。-Dmnm—C^=D·(n，一，t。)一PP·(C，+C。)(13)液压马达轴的力矩平衡方程为：L·鲁=D·c·'7一一曰。·n。一L(14)其中：L～马达轴的折算转动惯量；曰。一马达轴阻尼系数；'7。一马达的机械效率；L～马达轴的负载转矩。(5)小结综合以上各个环节，得到在变频器变频变压工作方式下，控制系统的数学模型为：以=(掣)·z+6Z=Kn。玑一Kn‘nP”誓=疋一D·巴‰一Br～鲁·誓_D．(～仉卜Pp．(cpⅧL·警=D·(巴·叩。一P1)一B。·‰采用轴向柱塞泵。忽略油液压缩性的影响，

8、油(15)泵的出口流量为：QP=Dp‘np—qPp(9)式中：q一柱塞泵的泄漏系数，e=1．5×10。10m3／(s·Pa)～；D，·，l，一液压泵的理论流量，m3／s；Cp·PP一层流泄漏，m3／s。(4)马达环节系统采用柱塞马达，流量为：Q。=D。·n。+C。·只(11)其中：厅。一液压马达的转速，r／s；D。一液压马达的排量，设D。=D。=D；C。一泄漏系数，C。=1．5×10．10m’／(8