變頻液壓技術在泵測試系統(tǒng)中的應用
液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)中的核心部件，其功用是將原動機(電動機或內(nèi)燃機)產(chǎn)生的機械能轉(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、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于維護且價格低廉，液壓泵被廣泛地應用于各類液壓傳動系統(tǒng)中，其性能的好壞直接影響液壓傳動系統(tǒng)的整體性能。因此，有必要對液壓泵性能參數(shù)進行精確的測試。
在液壓泵測試系統(tǒng)中，被測泵的轉(zhuǎn)速是個重要的被控參數(shù)，泵的性能參數(shù)數(shù)據(jù)需要在不同的轉(zhuǎn)速下測試得到。因此，轉(zhuǎn)速的控制精度以及穩(wěn)定性對于整個液壓泵測試系統(tǒng)來說至關重要。在該液壓泵測試系統(tǒng)中，應用變頻液壓技術，解決了轉(zhuǎn)速控制的精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，同時達到了節(jié)能的目的。
變頻調(diào)速原理
根據(jù)交流異步電動機的軸轉(zhuǎn)速式中：
n="60f1"(1-s)/p
s—異步電機的轉(zhuǎn)差率；fl—電源頻率；p—電機磁極對數(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機定子繞組的交流電頻率fl，就可以平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的軸轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)速控制子系統(tǒng)的設計
在液壓泵測試系統(tǒng)中,設計轉(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(上
變頻器的外部連接
設計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應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，進入變頻器。斷路器用于防止電路存在的過載、短路以及維護線路時切斷電源，保護設備以及線路的安全。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，抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對變頻器的干擾，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，減小電機由高頻諧波引起的附加轉(zhuǎn)矩，減小電機噪音。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。
變頻器與工控機之間的通訊
實現(xiàn)工控機與變頻器之間通訊的方法有：串行通訊、并行通訊、共享存儲器。采用串行通訊口并通過轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)容易，成本低廉，具有較高的可靠性和實用性。工控機上一般只配有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)換器應接于計算機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)、從機地址、廣播地址；
(2) 幀尾：校驗數(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、功能碼號、功能碼設定/實際值。過程數(shù)據(jù)包括：主機控制命令/從機狀態(tài)響應、主機運行設定/從機運行實際值。當主機發(fā)送時為“命令”或“設定值”，如對變頻器進行開機、關機、正反轉(zhuǎn)、頻率設置、參數(shù)讀取等，當從機(變頻器)發(fā)送時為對主機命令的“響應”或工作狀態(tài)及參數(shù)“實際值”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)返回操作錯誤代碼，此時高字節(jié)為0。
當變頻器收到信息時，先檢驗啟始時間間隔+STX位，然后檢測信息長度值LGE。如果這些信息出現(xiàn)不符，那么發(fā)送的信息無效。在信息接收前和接收過程中還會檢測多段時間，如響應延遲時間、信息有效時間、字節(jié)延遲時間等。在接收過程中，還要產(chǎn)生校驗位，只有以上信息均正確，且奇偶校驗和地址字節(jié)沒有問題時，發(fā)送的信息才會被正確接收并執(zhí)行。
使用MEMOBUS通訊功能時通信端子如圖3所示。SW1為終端電阻。變頻器采用RS485通訊方式，而計算機串口通訊采用的是RS232通訊方式，所以，必須通過一個RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊，一端插在計算機串口，一端接變頻器數(shù)據(jù)端。
圖3 通信端子
結(jié)語
泵測試系統(tǒng)是集機、電、液于一體的系統(tǒng)，將變頻液壓技術應用泵測試系統(tǒng)中，有效地融合了交流變頻調(diào)速技術和液壓節(jié)流節(jié)能技術的優(yōu)點。與傳統(tǒng)液壓控制方法相比，變頻液壓控制的效率及測試精度更高。隨著交流變頻調(diào)速技術的日漸成熟，電力電子及液壓節(jié)流節(jié)能技術的進一步發(fā)展，變頻液壓系統(tǒng)的應用領域也將會有所拓寬。
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