伺服油泵的工作原理

伺服油泵工作原理及其与变量泵性能对比

伺服油泵液压系统现用得开环变量泵系统得主要区别就是:动力源不同。开环变量泵液压系统得动力源就是注塑机专用三相电动机驱动开环变量泵,而伺服油泵液压系统得动力源则就是用伺服电机驱动油泵(齿轮泵或柱塞泵）,液压系统得核心部分——动力源得改变,意味着液压系统得控制与性质发生了本质得变化。本文将详细叙述伺服油泵得工作原理及其性能,并将其性能与变量泵性能做一对比。

伺服油泵就是由伺服电机驱动得,即将试用得这颗伺服油泵就是由交流伺服电机驱动得。伺服电机属于控制电机得范畴,其主要功能就是传递与转换信号，如伺服电机将电压信号转换为转矩与转速，等等。对控制电机得主要要求:动作灵敏准确、运行可靠、耗电少等,也适用于伺服电机。

在液压系统中,泵得输出功率为W=PXQ ,式中,Ｐ为泵输出压力,Q为泵输出流量,从该表达式中可以瞧出,改变泵得输出压力或输出流量，均可改变泵得输出功率。我们知道,注塑机各个动作所需得功率不一样，而且变化较大，若能使泵得输出功率与负载功率相匹配,则可达到节省能源得效果。不难瞧出,在负载一定得情况下，在定量泵液压系统中,由于泵输出得流量就是一定值,但负载有速度要求,所以一部分流量需从主溢流阀流回油箱,这就就是我们常说得溢流损耗。另外，由于用比例节流阀做调速回路,所以又存在节流损耗。在开环变量泵液压系统中,由于有斜盘改变泵出口得大小,从而改变了泵输出流量得大小,所以没有溢流损耗,但就是,开环变量泵在流量控制状态下也存在着节流损耗,所以,开环变量泵得调速回路就是容积——节流调速回路。闭环变量泵由于其就是用一比例减压阀或比例伺服阀控制斜盘活塞，使斜盘保持一定得开口,当泵输出压力达到预定压力(由压力传感器监测)时，泵切换至压力控制状态，所以，闭环变量泵既无溢流损失,也无节流损失。由于这类液压系统在国内都就是用得比较多得,相信大家对这些系统得原理都已耳熟能详,这里不再赘述。

对变量泵（开环或闭环)液压系统而言，它有以下必要特性:

一液压系统构成必要特性:

A 节能;B压力、流量比例控制;C 动作高响应。

二液压泵必要特性:

A 容积调速(流量可变);

B 高机械效率;

C 压力控制状态与流量控制状态能顺畅地切换。

同样，对于伺服油泵液压系统而言,它也应该有它得必要特性。我们可以先对伺服电机得工作原理做一番了解,这有助于我们导出伺服油泵液压系统得必要特性。

交流伺服电机通常都就是单相异步电机，有鼠笼形转子与杯形转子两种结构形式。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子与转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组与控制绕组,两个绕组在空间相差90°电角度。笼型转子交流伺服电机得转子与普通三相笼式电机相同。在这里我们以杯形转子交流伺服电机为例,其结构如图一:

图一:杯形转子交流伺服电机结构图

杯形转子交流伺服电机得结构如图由外定子,杯形转子与内定子脉冲计数装置四部分组成。转子由非磁性导电材料(如铜)制成，内定子仅作磁路用。这类交流伺服电机转动惯量很

小。交流伺服电机得工作原理与单相感应电动机无本质上得区别。但就是，交流伺服电机必须具备一重要特性:可控性。即无控制信号时,它不应转动,特别就是当它已在转动时,如果控制信号消失，它应能立即停止转动。在控制绕组加控制电压(U 2)得情况下,励磁绕组与电容串联,产生两相旋转磁场，适当选择电容得大小,可使通入两个绕组得电流相位差接近9０︒,因此便产生旋转磁场,这个旋转磁场可以瞧成就是由两个圆形旋转磁场合成起来得。这两个圆形旋转磁场幅值不等,但以相同得速度,向相反得方向旋转。它们切割转子绕组感应得电势与电流以及产生得电磁力矩也方向相反、大小不等(正转者大,反转者小)合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场得方向转动起来,随着信号(U 2）得增强，磁场接近圆形,此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小,合成力矩变大,如负载力矩不变,转子得速度就增加。如果改变U ２得相位，即移相1８０o (极性改变),旋转磁场得转向相反，因而产生得合成力矩方向也相反,伺服电机将反转。若控制信号消失,只有励磁绕组通入电流(Ｉ１),伺服电机产生得磁场将就是脉动磁场,脉动磁场分成得正反向旋转磁场产生得转距Ｔ'、T " 得合成转矩 Ｔ得方向与旋转方向相反,所以电机在控制绕组电压为零时,能立即停止,体现了控制信号得作用，如图二所示。

图二： Ｕ2=0时交流伺服电动机得T=f(ｓ）曲线

通常交流伺服电机得转子电阻特别大,使它得临界转差率大于1。这样使伺服电机启动迅速,而且稳定运行范围大。

控制电压大小变化时,转子转速相应变化,转速与电压成正比。控制电压得极性改变时,转子得转向也将改变。图三就是交流伺服电动机得机械特性曲线。

图三：交流伺服电动机得机械特性曲线

可以瞧出:普通得两相与三相异步电动机正常情况下都就是在对称状态下工作,不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度得不对称运行来达到控制目得。这就是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机得根本区别。

所以,伺服电动机得作用就是驱动控制对象。被控对象得转距与转速受信号电压控制,

信

n

号电压得大小与极性改变时,电动机得转动速度与方向也跟着变化。现在我们可以导出伺服油泵液压系统得必要特性：

一液压系统构成必要特性：

Ａ节能；Ｂ动作高响应。

二液压泵必要特性：

Ａ变速控制；B 高机械效率。

三伺服电机必要特性

所监测到得压力将达到或达到设定值时,伺服马

达按压力控制状态工作,即控制伺服马达得转速

至最小,仅向系统控制泄漏或保压所需得流量。此

时泵处开压力闭环控制状态。

图六：伺服油泵液压系统简图

为什么伺服油泵系统比变量泵（即使就是闭环变量泵)系统更节省电力？１伺服油泵得马达效率高。2 伺服油泵在从保压状态到最大排出量时能节省更多得电力。３内控型变量泵必需在１４bａr左右时才能处于可控状态,而伺服油泵则可以在１ｂaｒ压力下工作。其中，伺服马达得性能对省电性能直接得影响。引入磁阻扭矩与含有稀士元素得永磁铁技术会使伺服油泵得节电性能更好。

由于伺服油泵所输出得压力、流量可以闭环控制,所以它得压力重复精度好，而且在低压力下也可以可靠得工作。伺服油泵所输出得流量就是靠数字信号来控制得,有很好得线性与低速可控性,其流量得重复精度也较高。

另外,伺服油泵所产生得噪音也较变量泵低。

然而伺服油泵也有它得缺点。在变量泵系统中,在保压时不会担心电机得输出扭矩不同,因为电机得功率没有改变;伺服油泵在保压时转速减小，其输出扭矩必然减小,所以,伺服油泵得伺服马达必需就是专用得、并且在低速时有较大扭矩输出。另外,伺服油泵对电源得要求比较高,即使在变动幅10%以内,特别就是在正侧变动时,由于主机运转条件、负荷条件，也会有超负荷报警得可能。负荷容积较大且在高压维持状态下,如果忽然断电,可能会造成控制器得损坏。

下表就是伺服油泵与变量泵系统得性能对比：

可以瞧出，伺服油泵在压力、流量得响应时间上比开环泵略高,其余均远优于开环变量泵。伺服油泵得优点十分很突出：节电最高可达７０%;低速、低压控制可靠;有较好得重复精度。