变频液压技术在泵测试系统中的应用

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液压泵是液压传动系统中的核心部件，其功用是将原动机(电动机或内燃机)产生的机械能转换为液体的压力能，并输出具有一定压力的油液。由于压力高、耐污染能力强、结构简单紧凑、便于维护且价格低廉，液压泵被广泛地应用于各类液压传动系统中，其性能的好坏直接影响液压传动系统的整体性能。因此，有必要对液压泵性能参数进行精确的测试。
* H% L$ l2 H; b  s9 X( t在液压泵测试系统中，被测泵的转速是个重要的被控参数，泵的性能参数数据需要在不同的转速下测试得到。因此，转速的控制精度以及稳定性对于整个液压泵测试系统来说至关重要。在该液压泵测试系统中，应用变频液压技术，解决了转速控制的精度和系统稳定性问题，同时达到了节能的目的。
变频调速原理
& ?3 B* F7 D+ h) s& m根据交流异步电动机的轴转速公式：
n="60f1"(1-s)/p
式中：s—异步电机的转差率；
fl—电源频率；
p—电机磁极对数；
电源频率f1与转速n成正比。如果平滑地改变加到异步电动机定子绕组的交流电频率fl，就可以平滑地调节异步电动机的轴转速。
转速控制子系统的设计
在液压泵测试系统中,设计转速控制子系统框图如图1 所示。
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图1 转速控制子系统框图控制过程主要是通过工业控制机(上位机)软件编程，通过串口发出控制信号，经RS232/485转换器送给变频器，再由变频器去调节电动机的转速，从而调节被试泵的转速，使被试泵在规定的转速下运转。
变频器的外部连接
设计变频器外部接线如图2所示。这里，MA、MB为故障输出端子。
可以看出，在电源侧，三相高压电源首先连接对应变频器的接线用断路器QF1、QF2，然后连接交流电抗器AC1、AC2以及电磁接触器KM，经过输入滤波器FR-LC，进入变频器。断路器用于防止电路存在的过载、短路以及维护线路时切断电源，保护设备以及线路的安全。交流电抗器用于抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数。电磁接触器用于通断主回路的电源。RF-LC输入滤波器是接在变频器的进线侧与电源之间，抑制变频器输入中高次谐波的噪声干扰，抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰，具备线路滤波和辐射滤波的作用。LCR输出滤波器安装在变频器的输出侧与电机之间，由LCR组成，可以减小输出电流中的高次谐波成份，抑制变频器输出侧的浪涌电压，减小电机由高频谐波引起的附加转矩，减小电机噪音。变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，这里用了RC吸收器。
* T$ e# i  ]" n! _3 [6 W; d& m$ `变频器与工控机之间的通讯
) h4 d" P' |2 f  D. a$ _5 m实现工控机与变频器之间通讯的方法有：串行通讯、并行通讯、共享存储器。采用串行通讯口并通过转换器进行数据通讯，实现容易，成本低廉，具有较高的可靠性和实用性。工控机上一般只配有RS232接口，为了与变频器的RS口相连，必须配置485接口卡或RS232/RS485转换器。RS232/RS485转换器应接于计算机COM通讯端口。
* M# ]2 W" B5 h这里，所用到的通讯数据帧结构为：帧头、用户数据、帧尾。
* A  q4 n  E* K/ R, z(1) 帧头：起始字节、从机地址、广播地址；
" ]4 c! @; Y8 `3 s! f- p(2) 帧尾：校验数据；
(3)用户数据包括：参数数据和过程数据。
. \9 B  r; \' ^7 |请注意，在短帧中没有参数数据。参数数据包括：功能码操作命令/响应、功能码号、功能码设定/实际值。过程数据包括：主机控制命令/从机状态响应、主机运行设定/从机运行实际值。当主机发送时为“命令”或“设定值”，如对变频器进行开机、关机、正反转、频率设置、参数读取等，当从机(变频器)发送时为对主机命令的“响应”或工作状态及参数“实际值”的反馈。数据遵循先发高字节，再发低字节的原则，如果功能码操作不正确，则用低字节返回操作错误代码，此时高字节为0。
当变频器收到信息时，先检验启始时间间隔+STX位，然后检测信息长度值LGE。如果这些信息出现不符，那么发送的信息无效。在信息接收前和接收过程中还会检测多段时间，如响应延迟时间、信息有效时间、字节延迟时间等。在接收过程中，还要产生校验位，只有以上信息均正确，且奇偶校验和地址字节没有问题时，发送的信息才会被正确接收并执行。
  L3 E7 J0 Z  l使用MEMOBUS通讯功能时通信端子如图3所示。SW1为终端电阻。变频器采用RS485通讯方式，而计算机串口通讯采用的是RS232通讯方式，所以，必须通过一个RS232/RS485转换模块，一端插在计算机串口，一端接变频器数据端。
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图3 通信端子
) }% ~# P# ~7 r" t! e- N! R泵测试系统是集机、电、液于一体的系统，将变频液压技术应用泵测试系统中，有效地融合了交流变频调速技术和液压节流节能技术的优点。与传统液压控制方法相比，变频液压控制的效率及测试精度更高。随着交流变频调速技术的日渐成熟，电力电子及液压节流节能技术的进一步发展，变频液压系统的应用领域也将会有所拓宽。
文章关键词： 液压、泵、测试