畢業設計 (論文 )外文資料翻譯 系 別： 機電信息系 專 業： 機械設計制造及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 外文出處： www.CNKI.com 附 件： 1. 原文 ； 2. 譯文 2013 年 03 月 1 SR液壓泵的驅動性能 b.c .金姆 ；dh 李 ；jw 安 EME部門 ；慶星 大學 ,608 - 736年 ,韓國釜山 奧蒂斯 ,昌原 ,韓國 摘要： 本文提出了一個采用變速 SR 驅動器和恒流泵 的 液壓泵系統。液壓泵 選用 最大速度、轉矩決心的 機械規格 。驅動系統在 最低功耗的基礎上 保持預設油壓。為了節省液壓泵電力和油壓的功耗 ， 操作速度 SR的 SRM信號反饋到 DSP控制器和驅動控制。試驗裝置 有 一個 2.2 千瓦 ,12/8 極 SR 電機和基于 DSP 設計和測試的數字控制器。測試結果表明 ,該系統有一些不錯的功能 ,如效率高和快速響應 的 特性。 2 1.引言 液壓泵系統 十分 廣泛 的 用于 建造 機械、 車輛制動系統 和 工業應用的 自動控制系統。液壓 泵系統 的高動力特性可以使它提供高動力 和 流暢平穩的控制力 。 液壓 泵系統的負載轉矩 在試驗中有了戲劇性的改變，液壓泵 電機 為了 獲得高運行效率 而滿載載荷 。最近 , 驅動液壓泵系統 的 高性能 之所以非常受關注歸功于它的 電機 可以平穩 和 迅速的使 電源 達到負載 1。 在 傳統的液壓 泵系統 中 , 感應電動機 由于 成本和 操作 簡單 而 被廣泛應用。然而 ,一般的具有可變負載條件的感應電動機 的速度控制系統已經不適用于高性能的液壓泵 系統 ,而且傳動感應電動機的 變速控制需要額外的逆變器系統。 最近 ,調查發現 SRM(開關磁阻電動機 )由于機械強度和成本優勢廣泛應用 于 工業 2 - 6。 SRM的簡便 、低成本、和 穩定 的結構是適合于變速和牽引應用程序 的 。 SRM 結構簡單 ,而且 因為每個階段的分離 能夠快速直觀的找到錯誤 7。此外 ,由于 SRM 有著高的 功率和轉矩重量比率 以及 寬 的 調速范圍和良好的起動特性 ， 因此 它適用于 經常停止 ,或者 開始 就處于 滿載條件 的 液壓泵系統 9-11。 在本文中 ,SR驅動系統 通過 適當的油壓控制方法提出了恒定容量液壓泵系統。從基本的機械規格的液壓油泵 ,電機轉速和基礎的轉矩得到了 由 有限元法 為 原型設計 的 SRM。 為了使操作性能更適合自身，電動機的速度和轉矩被節能模式控制以減少油溫的上升。 根據 SR傳動系統液壓泵測試與傳統的液壓泵和實驗結果表明 ,該 SR驅動適用于高性能 液壓泵系統。 3 2.SR推動液壓泵 2.1 SRM 的 設計 傳統液壓 泵由于 能夠方便的將 馬達驅動 改 為 感應電動機 ，所以 感應電動機尺寸決定了 SRM 的外部尺寸。 根據 最大轉矩和額定速度特性進行詳細的設計得到了該液壓泵的機械規格。 最大流量的液壓泵是由容積效率和泵轉速如下 1： (1) 這里： ： 最大輸出通量 ： 泵速率 rpm ： 泵流量 在 壓力確定的與假設恒定輸出通量和不損失油液壓泵如下 ： （ 2） 這里： ： 油壓 Mpa ： 泵轉矩 Nm 從方程 (1)和 (2), SRM 的最大轉矩和額定速度分別為 9.7(Nm)和 3000(rpm)。 盡管許多優點特性 ,但 SRM 液壓泵 在 實際應用 中有諸多 限制如由于噪聲和機械振動。而且 根據定子和轉子磁極數 組， SRM 使用 的 磁阻轉矩和 性能 是有很大不同的。 所以 設計過程的 SRM 不同于直流和交流電機。 SRM 弧 是一般 結合定子和轉子極陣列的 6/4 的賠率 ,8/6 的 12/8 和 16/12。然而 8/6和 16/12 SRM 不適合 液壓 泵應用 于四相 逆變器系統的復雜性和成本問題。在本文中 , 因為轉矩脈動和 SRM 噪聲定子和轉子的數量組合是選定的 12/8。 為了液壓泵 SRM 得到一個好的 性能 ,根據效率和轉矩特性進行了定子和轉子極弧分析。圖 1 顯示了根據效率和輸出轉矩特性定子和轉子極弧的 模擬 結果。 4 （ a） 效率特性 （ b） 轉矩特性 圖 1 SRM根據定子和轉子極弧的 實驗 結果 模擬 是通過改變定子極弧 來 實現 改變 轉 子極弧。在圖 1, 在低定子和轉子極弧 時 輸出轉矩和效率是更好的。然而 ,在關鍵的定子和轉子弧 , 在一些轉子位置由于死區輸出轉矩為零 ， 自起動是不可能的。在本文中 , 考慮了效率、轉矩和死區定子和轉子極弧決心為15 和 16度 。 圖 2 顯示了固定外尺寸的 SRM 根據深度率的定子、轉子的磁極和 配合而使 轉矩和效率的變化。雖然 ,SRM低深度率具有更好的轉矩和轉子極效率特點 ,但 由于 SRM的低職業率和高電流密度與低利率深度 使 轉子磁極 有 嚴重的制造難度和熱的問題。因為機械振動增大定子 連接， 厚的薄的定子齒、定子軛被選中范圍在定子齒寬 2/3。根據轉子磁極的速度深度和軛原型 SRM 的扭矩和效率描述拋物線特性顯示為圖 2(b)。效率是減少高速率的轉子磁極深度和軛由于濃度的磁通密度。在其他情況下 了 邊緣效應 。 在原型 SRM， 考慮效率和轉矩特性的速率 ， 轉子的速度極深度和轉子磁軛與定子極深度和軛是 40%和 54%。 5 （ a） 轉矩和效率與深度的定子磁極 （ b） 轉矩和效率與轉子磁極的深度 圖 2 SRM定子和轉子磁極的特性與深度轉矩和效率 2.2設計比較 表 1 顯示了規范和仿真結果設計原型 SRM 規范的原型 SRM 參數 數值 參數 數值 堆棧長度 95 mm 空氣間隙 0.25mm 定子直徑 135mm 轉動 52 轉子直徑 70mm 最大扭矩 9.96Nm 定子 極弧 16 deg 回轉 速度 3000rpm 轉子 極弧 15deg 效率 87% 圖 3 顯示了轉子和定子 的 截面 ,總成的設計原型為液壓泵應用。 SRM 額定輸出功率是 6 2.2(千瓦 )220(Vac)輸入電壓。堆棧長度是 95mm和轉相繞組的數量是 52轉 。 （ a） 原型 SRM的截面 （ b） 轉子 （ c） 定子 7 3. 對 SRM 液壓泵的控制 圖 4 表示液壓泵的煙道和油 -壓力的關系。在預置油壓、流量泵是有限的最大通量超過預設油壓、流量控制節電模式顯示為圖 4。在一個高油壓、油溫、快增長與摩擦的高通量。因為這個原因 ,最大通量是在有限的高油壓范圍。 圖 4 通量和油壓的關系 因為流量恒定容量液壓泵系統電機轉速成正比 ,可以調整液壓泵的通量控制電機的速度。 圖 5通量和油壓控制的方塊圖 圖 5 顯示了通量和油壓控制與節能模式的框圖。 SRM 的參考速度 , 參考通量和實際油壓是分別正比于由 , 。為了控制油壓 , 參考比例控制器確定泵的外控制回路速度。 PI 速度控制器調整實際的 SRM 在內部控制循環速度。預設在節電模式通量時間表是由機械結構的液壓泵和石油顯示。在油壓控制器 (圖 4),如果參考速度的 p 控制器是大于 8 節電模式速度 ,那么速度的節電模式被選中作為一個新的參考價值。 圖 6 解釋提出液壓泵系統與 SR驅動的控制框圖。 SRM為 驅動泵齒輪和輸出 通量的油罐。 圖 6液壓泵系統與 SR驅動的全框圖 9 4、 實驗和結果 4.1 實驗系統設置 原型 SR 驅動液壓油泵系統是 以 速度和 轉速 -扭矩響應特性 的方向進行測試 。圖 7 顯示了試驗裝置的 液壓 泵系統原型 SR驅動。 圖 7 水力泵系統與 SR驅動的試驗裝置的 應用的 SRM 數字控制器 是德州儀器 的 DSP TMS320LF2407。計算的速度由 2000 年SRM(ppr)光學編碼器和 QEP 功能 得出 每個 周期為 1.6 TMS320LF2407(ms)。 相電流信號和實際油壓信號檢測傳感器和轉換為在內部 10 位 ADC 的 DSP數字數據。當前的控制是通過 PWM 方法實現 SRM 100us采樣周期。一個不對稱的經典逆變器與600V,50AIGBT 模塊 ,提供了對 SRM 脈沖電源。 2 .實驗結果 圖 8 顯示了原型 SR驅動液壓泵系統中的轉速 -扭矩和操作效率 圖 8原型 SR驅動的轉速 -扭矩和效率特性 10 為了保證目標在低油壓速度范圍 ,輸出轉矩的 SRM 是 13(Nm),大于所需的最大轉矩9.7(Nm)。在 SR驅動器在滿載狀態的最大操作效率是 84%這是低于經典變頻系統設計值87%由于制造誤差和控制條件的。 圖 9 顯示了通量響應的液壓泵。參考通量 在 5(Mpa)油壓 情況下 改變為 15(L/min)到5(L/min)。在節電模式由于參考通量是有限的 ， 實際的油壓 僅為 2(Mpa)。在低通量 ,實際的油壓是快速增加的參考價值 5(Mpa)顯示為 圖 8。 圖 9通量控制液壓泵的結果在 5(Mpa) 圖 10 分別是泵在 I.25、 2 和 3.0(Mpa) 的階躍響應。在 圖 9 是到達在參考價值在200(ms) 實際油壓力和電機的速度調節根據油壓。 圖 10油壓控制的特點 在 液壓 泵系統 , 因為 液壓 油的粘度 ，液壓 油的溫度變化是非常重要的。在高溫 情況下 很難保持 液壓 油的油壓低粘度 ，而在 低溫 條件下 高粘度 液壓 油 的 壓力變化 會發生 快速響應。在 圖 11 中 電動機和 液壓 油的溫度變化顯示了一 個穩定的操作。 11 圖 11溫度變化的 SRM和石油在連續操作的液壓泵 12 結 論 本文研究了 SR 驅動液壓泵系統的性能。在傳統的 液壓 泵系統 ,感應電動機驅動系統被替換為一個原型 SR 驅動。一個考慮效率和輸出轉矩 12/8 的 2.2kwSRM設計。 原型 SR 驅動在全負載 時 的液壓泵系統 時具有 84%效率。 很好的實現 SRM 可以快速動態響應油壓控制的系列轉矩特性。 在 DSP 控制器與節電模式 ,因為 是限制實際油壓和通量的 故 提出了原型 SR 驅動液壓泵。 其組成是由 PI 速度控制器的內循環和外 p 壓力 控制器控制通量 ， 油壓與光學編碼器以及 壓力傳感器。 實驗結果顯示液壓泵系統與 SR驅動 具有更多的優點 。 致 謝 本工作 是 在先進的電機和電力電子中心 (AEMPEC)進行 , 這是由韓國 MOCIE(商務部、工業和能源 )下屬 電氣和科學研究所 (KESRI)(r - 2005 b - 109)支持。 13 參考文獻 1 詹姆 l 約翰遜 et al,介紹流體動力 ,科學與技術 ,2004 2 C.S.金姆 , M G 金 ,h . g .李和 J W 安 ,“ 發展和驅動系統為小型 SRM拖板車 ” 年度 Proc。的 KIEE,頁 732 - 734。 3 C.S. 金姆 ,S.G.哦 ,J.W.安和 Y .M.黃 ,” 的設計和特點為低速車輛 SRM驅動 “ 年度 proc的 KIEE,頁 871 - 873 4 阿里 瓦埃勒 ,杰夫 Zuraski,法哈德 保侖 和 阿肖克 強迪 ,建模和分析電動助力轉向系統 ” 轉向和懸架技術研討會 ,1999 (5 P.J.勞倫斯 ,J.M.斯蒂芬森和 P.T.菲利普 et al,“ 變速開關磁阻電機 ”,IEE Proc 。 B,vol.127,4號 ,1980,pp.253 - 265。 6 H 陳和 G 謝 ,” 一個開關 磁阻電動機驅動系統為蓄電池電動汽車在煤礦 ”, 在第五 IFAC 研討會 ,1998年低成本自動化 ,pp.90 - 95。 7 D.E.卡梅隆 ,j h朗和 S.D.尤門思 ,起源和減少噪聲在雙凸極可變磁阻電機 ,臺灣。工業應用 ,卷。ia 28,沒有。 6、 12月 1992年 ,pp.1250 - 1255. 8 C 波洛克 ,“ 吳 ”； 聲學噪聲對消技術 ,開關磁阻驅動 ”,IEEE