摘要
简述和分析了交流伺服油泵系统的结构组成、工作原理和性能特点。交流伺服油泵系统的核心元件是交流伺服电机、液压泵和伺服驱动器，再配以压力传感器和旋转编码器等检测反馈元件以及辅件共同组成交流伺服油泵系统。该系统构成了一个闭环系统，输入为压力和流量指令信号，输出为液压油的压力和流量，通过压力传感器对压力的反馈、旋转编码器对伺服电机转速的反馈，该系统对压力和流量能够进行精确控制和输出。该系统以节能、应用简单、成本合理、压力和流量控制精度高等优势已在注塑机、橡胶成型机、粉末成型机、硫化机等领域大量应用。通过分析和深入研究交流伺服油泵系统，推动此项技术及其应用得到不断发展。
关键词 交流伺服 闭环 节能 高精度
引言
近年来，随着液压技术与电气技术、电子技术的融合，液压工业中发展了一种新型节能系统，即交流伺服油泵系统。以伺服驱动器、交流伺服电机、双联相位差齿轮泵等组成的交流伺服油泵系统在注塑机、橡胶成型机等众多领域应用比较广泛，具有一定的代表性，下面以此类交流伺服油泵系统为例进行介绍和分析。
一、交流伺服油泵系统的结构组成和工作原理
交流伺服油泵系统由伺服驱动器、交流伺服电机、双联相位差齿轮泵、压力传感器、旋转编码器、热继电器、冷却风扇、安全阀等组成，如图1所示。
图1 交流伺服油泵系统结构组成
伺服驱动器作为交流伺服油泵系统的核心控制元件，在此闭环系统中是比较、放大元件，其接收主机控制器的压力和流量指令信号，并接收压力传感器和旋转编码器反馈的压力和转速信号，把指令信号和反馈信号进行比较，把比较产生的偏差信号进行处理、放大后向交流伺服电机输出U/V/W三相交流电信号。伺服驱动器同时把压力和流量作为检测信号反馈给主机控制器，以便主机监控或显示。
交流伺服电机是永磁同步型交流伺服电动机，交流伺服电机作为转换元件，把伺服驱动器比较、放大、处理后输出的U/V/W三相交流电信号转换为转矩和转速输出。
交流伺服油泵系统中采用的液压泵为双联相位差齿轮泵。采用双联相位差齿
轮泵，可以有效减小流量输出的脉动，输出稳定的流量，尤其是在低转速的工况下，双联相位差齿轮泵的优点更加明显。如图2是双联相位差齿轮泵与普通齿轮泵流量脉动比较。液压泵在此系统中也是转换元件，把交流伺服电机输入的转矩和转速转换为液压油的压力和流量输出。
.png)
图2双联相位差齿轮泵与普通齿轮泵流量脉动比较
压力传感器和旋转编码器是测量反馈元件，压力传感器检测液压泵输出压力，并把压力以电信号的形式反馈给伺服驱动器，旋转编码器检测交流伺服电机的转速，并把转速以电信号的形式反馈给伺服驱动器；热继电器和冷却风扇作为系统的辅件工作，热继电器检测交流伺服电机温度并把温度信号传送给伺服驱动器，当系统温度异常时，伺服驱动器控制系统报警或停机；冷却风扇的功能是当系统发热严重时为系统降温。
二、交流伺服油泵系统的性能特点
1.交流伺服油泵系统的压力模式和流量模式
交流伺服油泵系统不能对压力和流量同时控制，在同一时间段内只能控制一个物理量，所以存在两种工作模式，即压力工作模式和流量工作模式。当把“流量输出”作为控制量时，压力指令输入值需要大于实际负载压力，系统实际输出压力取决于负载，输出流量按指令大小控制输出，此种情况称为流量模式；当把“压力输出”作为控制量时，流量指令输入值需要大于实际输出流量，实际流量输出取决于执行机构的速度，输出压力按指令大小控制输出，此种情况称为压力模式。在压力模式下，执行机构的速度状态可能为静止状态、匀速状态、加速状态和减速状态，具体是哪种速度状态取决于执行机构的受力情况。当执行机构处于静止状态时，系统输出流量趋近于零，仅为满足系统保压泄漏。压力模式和流
量模式可自动切换，其切换通过对伺服驱动器进行设置控制。
2. 交流伺服油泵系统的节能性
交流伺服油泵系统为泵控系统，泵控系统与阀控系统相比最大的特点就是系统效率高，系统比较节能。从实际工况分析，系统不需要流量阀对速度进行调节，没有节流损失；系统不需要压力阀对压力进行调节，没有溢流和减压损失；在保压时，仅有泄漏量非常小的泄漏损失，整个工况中系统无用功做的非常少，
生成的热量非常少。所以，交流伺服油泵系统具有很高的效率和节能性。
3. 交流伺服油泵系统的响应特性和控制精度
交流伺服油泵系统的响应特性主要与交流伺服电机和液压泵的转动惯量有关，根据测试和实际应用中得到的数据，最大流量的响应时间为0.1秒，最大压力响应也为0.1秒。实际应用中，不需要快速响应时，可通过调整伺服驱动器延长响应时间、降低响应速度。交流伺服油泵系统的控制精度主要以线性度、重复精度和滞环表示和衡量。线性是指交流伺服油泵系统名义流量曲线和名义压力曲线的直线性。对于伺服控制系统而言，系统基本都是非线性的，因为系统都不可避免的受到诸如磁滞、摩擦力、弹性力、死区、游隙等非线性因素影响。相对阀控系统，泵控系统的线性一般较好，交流伺服油泵系统的线性度达到1%。重复精度是交流伺服油泵系统的工作稳定性指标，其主要受自身及外界环境温度等因素影响，此性能指标的好坏直接影响产品的统一性和合格率，伺服油泵系统的重复精度达到1%的精度。滞环一般规定为：在输入一个往返循环指令电压时，输出同一流量或同一压力所对应的指令电压最大差值与额定指令电压的百分比。交流伺服油泵系统的滞环主要受磁路回环、系统元件刚度等因素影响，其滞环指标能控制在1%以内。
4.交流伺服油泵系统对工作介质的清洁度要求低
因为交流伺服油泵系统为泵控系统，对工作介质的清洁度要求远低于包含伺服阀的阀控系统，在系统运行时大大减少了因工作介质污染而造成的故障，同时也降低了过滤系统的要求和成本。
5.交流伺服油泵系统具有噪音低、发热量少等优点
交流伺服油泵系统保压时噪音在68dB左右，待机时噪音更低，能够很好的改善工作环境。交流伺服油泵系统效率高、发热量少，液压油温升比较慢，能够延长液压油的使用寿命，也可以减小油箱尺寸和冷却器规格。
6. 交流伺服油泵系统的不足之处
交流伺服油泵系统中的采用的是齿轮泵，不能长时间反向旋转，只能在快速降低压力时短时间反向旋转，所以它不适合于位置控制的闭式系统。另外，交流伺服油泵系统的响应速度和控制精度仍然低于阀控系统。
三、结论和讨论
交流伺服油泵系统作为液压工业中一项新技术，以其节能、环保、高精度、低噪音等优点，为液压技术的发展提供了一个新的思路，并为液压技术所应用的各个领域向节能、高效、智能化、柔性化、低噪音等方向发展提供了动力。
随着专用液压泵的研发、大功率交流伺服电机的发展以及控制技术的提高，交流伺服油泵系统将在中小型压机、大型机床、工程机械、航空航天、船舶等更广阔的领域得到应用和发展。
参考文献：
[1] 王春行．液压控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2000.10：1-7．
[2] 杨尔庄．液压系统节能化概况．MM现代制造，2008.6.16．
[3] 刘庆和．直接驱动容积控制电液传动系统．机床与液压，2009（11）：233-238．
[4] 何寄平，孙友松，郑宏波，黎勉，查晓春，潘晓涛．泵控伺服液压机节能分析．CMET锻压装备与制造技术，2009（06）：24-26．
[5] 赵克，付永领，安高成，张卫卫．新型大功率地噪声直驱式液压作动器设计与仿真．机床与液压，2008（11）：48-50．