伺服油泵工作原理及其與變量泵性能對比|最新資料

對變量泵（開環(huán)或閉環(huán)）液壓系統(tǒng)而言，它有以下必要特性：

一液壓系統(tǒng)構(gòu)成必要特性：

A節(jié)能；B壓力、流量比例控制；C動作高響應(yīng)。

二液壓泵必要特性：

A容積調(diào)速（流量可變）；B高機械效率；C壓力控制狀態(tài)和流量控制狀態(tài)能順暢地切換。

同樣，對于伺服油泵液壓系統(tǒng)而言，它也應(yīng)該有它的必要特性。我們可以先對伺服電機的工作原理做一番了解，這有助于我們導(dǎo)出伺服油泵液壓系統(tǒng)的必要特性。

交流伺服電機通常都是單相異步電機交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度?；\型轉(zhuǎn)子交流伺服電機的轉(zhuǎn)子和普通三相籠式電機相同。
杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機的結(jié)構(gòu)如圖由外定子，杯形轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子脈沖計數(shù)裝置四部分組成。轉(zhuǎn)子由非磁性導(dǎo)電材料（如銅）制成，內(nèi)定子僅作磁路用。這類交流伺服電機轉(zhuǎn)動慣量很小。交流伺服電機的工作原理和單相感應(yīng)電動機無本質(zhì)上的區(qū)別。但是，交流伺服電機必須具備一重要特性：可控性。即無控制信號時，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時，如果控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。在控制繞組加控制電壓（U2）的情況下，勵磁繞組和電容串聯(lián)，產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場，適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90°，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等，但以相同的速度，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者?。┖铣闪夭粸榱悖运欧姍C就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號（U2）的增強，磁場接近圓形，此時正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負(fù)載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變U2的相位，即移相180o（極性改變），旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉(zhuǎn)。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流（I1），伺服電機產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T¢、T²的合成轉(zhuǎn)矩T的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機在控制繞組電壓為零時，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用。

通常交流伺服電機的轉(zhuǎn)子電阻特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率大于1。這樣使伺服電機啟動迅速，而且穩(wěn)定運行范圍大。

控制電壓大小變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓成正比?？刂齐妷旱臉O性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也將改變。

可以看出：普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于故障狀態(tài)。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達(dá)到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區(qū)別。

所以，伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化?，F(xiàn)在我們可以導(dǎo)出伺服油泵液壓系統(tǒng)的必要特性：
一液壓系統(tǒng)構(gòu)成必要特性：

A節(jié)能；B動作高響應(yīng)。

二液壓泵必要特性：

A變速控制；B高機械效率。

三伺服電機必要特性

A高響應(yīng)；B高效率；C低速時大轉(zhuǎn)矩

四適應(yīng)性

A壓力流量比例控制；B控制對象能順暢地切換。

伺服油泵液壓系統(tǒng)的控制原理：圖六是伺服油泵液壓系統(tǒng)簡圖。該系統(tǒng)也有兩種工作狀態(tài)：流量控制狀態(tài)和壓力控制狀態(tài)。在流量控制狀態(tài)下，壓力傳感器所監(jiān)測到的壓力小于設(shè)定的壓力，伺服馬達(dá)按流量控制狀態(tài)工作，即控制伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，使泵的輸出流量保持在設(shè)定值。流量控制狀態(tài)時，泵處于流量開環(huán)控制狀態(tài)。在壓力控制狀態(tài)下，壓力傳感器所監(jiān)測到的壓力將達(dá)到或達(dá)到設(shè)定值時，伺服馬達(dá)按壓力控制狀態(tài)工作，即控制伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)速至最小，僅向系統(tǒng)控制泄漏或保壓所需的流量。此時泵處開壓力閉環(huán)控制狀態(tài)。

為什么伺服油泵系統(tǒng)比變量泵（即使是閉環(huán)變量泵）系統(tǒng)更節(jié)省電力？1伺服油泵的馬達(dá)效率高。2伺服油泵在從保壓狀態(tài)到最大排出量時能節(jié)省更多的電力。3內(nèi)控型變量泵必需在14bar左右時才能處于可控狀態(tài)，而伺服油泵則可以在0壓力下工作。其中，伺服馬達(dá)的性能對省電性能直接的影響。引入磁阻扭矩和含有稀士元素的永磁鐵技術(shù)會使伺服油泵的節(jié)電性能更好。
由于伺服油泵所輸出的壓力可以閉環(huán)控制，所以它的壓力重復(fù)精度好，而且在低壓力下也可以可靠的工作。伺服油泵所輸出的流量是靠數(shù)字信號來控制的，有很好的線性和低速可控性，其流量的重復(fù)精度也較高。

另外，伺服油泵所產(chǎn)生的噪音也較變量泵低。

然而伺服油泵也有它的缺點。在變量泵系統(tǒng)中，在保壓時不會擔(dān)心電機的輸出扭矩不同，因為電機的功率沒有改變；伺服油泵在保壓時轉(zhuǎn)速減小，其輸出扭矩必然減小，所以，伺服油泵的伺服馬達(dá)必需是專用的、并且在低速時有較大扭矩輸出。另外，伺服油泵對電源的要求比較高，即使在變動幅10%以內(nèi)，特別是在正側(cè)變動時，由于主機運轉(zhuǎn)條件、負(fù)荷條件，也會有超負(fù)荷報警的可能。負(fù)荷容積較大且在高壓維持狀態(tài)下，如果忽然斷電，可能會造成控制器的損壞。

下表是伺服油泵與變量泵系統(tǒng)的性能對比：

伺服油泵

變量泵

流量

特性

線性

1%

2%

磁滯

1%

3%

最大流量響應(yīng)

100ms

120

重復(fù)精度

1%

2%

壓力

特性

最高額定壓力

20

25

線性

1%

3%

磁滯

1%

2%

最大壓力響應(yīng)

100ms

85ms

重復(fù)精度

1%

2%

噪音

65dB

70dB

流量脈動

小

大

節(jié)電（與定量泵系統(tǒng)對比）

40%以上

20%以上

低速低壓可控性

好
一般
對液壓油的要求
NAS11
NAS9

可以看出，伺服油泵在壓力、流量的響應(yīng)時間上比開環(huán)泵略低，其余均不劣于或優(yōu)于開環(huán)變量的。伺服油泵的控制精度與油研閉環(huán)變量泵相當(dāng)，響應(yīng)時間慢是其最大的缺點。但它的優(yōu)點也很突出：節(jié)電最高可達(dá)70%；低速、低壓控制可靠；有較好的重復(fù)精度。
伺服油泵是由伺服電機驅(qū)動的，即將試用的這顆伺服油泵是由交流伺服電機驅(qū)動的。伺服電機屬于控制電機的范疇，其主要功能是傳遞和轉(zhuǎn)換信號，如伺服電機將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，等等。對控制電機的主要要求：動作靈敏準(zhǔn)確、運行可靠、耗電少等，也適用于伺服電機。

廈門博拉工貿(mào)有限公司將在近期試用伺服油泵液壓系統(tǒng)，此系統(tǒng)與廈門博拉工貿(mào)有限公司現(xiàn)用的開環(huán)變量泵系統(tǒng)的主要區(qū)別是：動力源不同。開環(huán)變量泵液壓系統(tǒng)的動力源是注塑機專用三相電動機驅(qū)動開環(huán)變量泵，而伺服油泵液壓系統(tǒng)的動力源則是用伺服電機驅(qū)動油泵（齒輪泵或柱塞泵），液壓系統(tǒng)的核心部分——動力源的改變，意味著液壓系統(tǒng)的控制和性質(zhì)發(fā)生了本質(zhì)的變化。本文將詳細(xì)敘述伺服油泵的工作原理及其性能，并將其性能與變量泵性能做一對比。

在液壓系統(tǒng)中，泵的輸出功率為W=PXQ，式中，P為泵輸出壓力，Q為泵輸出流量，從該表達(dá)式中可以看出，改變泵的輸出壓力或輸出流量，均可改變泵的輸出功率。我們知道，注塑機各個動作所需的功率不一樣，而且變化較大，若能使泵的輸出功率與負(fù)載功率相匹配，則可達(dá)到節(jié)省能源的效果。不難看出，在負(fù)載一定的情況下，在定量泵液壓系統(tǒng)中，由于泵輸出的流量是一定值，但負(fù)載有速度要求，所以一部分流量需從主溢流閥流回油箱，這就是我們常說的溢流損耗。另外，由于用比例節(jié)流閥做調(diào)速回路，所以又存在節(jié)流損耗。在開環(huán)變量泵液壓系統(tǒng)中，由于有斜盤改變泵出口的大小，從而改變了泵輸出流量的大小，所以沒有溢流損耗，但是，開環(huán)變量泵在流量控制狀態(tài)下也存在著節(jié)流損耗，所以，開環(huán)變量泵的調(diào)速回路是容積——節(jié)流調(diào)速回路。閉環(huán)變量泵由于其是用一比例減壓閥或比例伺服閥控制斜盤活塞，使斜盤保持一定的開口，當(dāng)泵輸出壓力達(dá)到預(yù)定壓力（由壓力傳感器監(jiān)測）時，泵切換至壓力控制狀態(tài)，所以，閉環(huán)變量泵既無溢流損失，也無節(jié)流損失。由于這類液壓系統(tǒng)在國內(nèi)都是用得比較多的，相信大家對這些系統(tǒng)的原理都已耳熟能詳，這里不再贅述。