外文翻譯=SR液壓泵的驅(qū)動(dòng)性能=4000字符

畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 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(qū)動(dòng)性能 b.c .金姆 ；dh 李 ；jw 安 EME部門 ；慶星 大學(xué) ,608 - 736年 ,韓國釜山 奧蒂斯 ,昌原 ,韓國 摘要： 本文提出了一個(gè)采用變速 SR 驅(qū)動(dòng)器和恒流泵 的 液壓泵系統(tǒng)。液壓泵 選用 最大速度、轉(zhuǎn)矩決心的 機(jī)械規(guī)格 。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在 最低功耗的基礎(chǔ)上 保持預(yù)設(shè)油壓。為了節(jié)省液壓泵電力和油壓的功耗 ， 操作速度 SR的 SRM信號(hào)反饋到 DSP控制器和驅(qū)動(dòng)控制。試驗(yàn)裝置 有 一個(gè) 2.2 千瓦 ,12/8 極 SR 電機(jī)和基于 DSP 設(shè)計(jì)和測試的數(shù)字控制器。測試結(jié)果表明 ,該系統(tǒng)有一些不錯(cuò)的功能 ,如效率高和快速響應(yīng) 的 特性。 2 1.引言 液壓泵系統(tǒng) 十分 廣泛 的 用于 建造 機(jī)械、 車輛制動(dòng)系統(tǒng) 和 工業(yè)應(yīng)用的 自動(dòng)控制系統(tǒng)。液壓 泵系統(tǒng) 的高動(dòng)力特性可以使它提供高動(dòng)力 和 流暢平穩(wěn)的控制力 。 液壓 泵系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 在試驗(yàn)中有了戲劇性的改變，液壓泵 電機(jī) 為了 獲得高運(yùn)行效率 而滿載載荷 。最近 , 驅(qū)動(dòng)液壓泵系統(tǒng) 的 高性能 之所以非常受關(guān)注歸功于它的 電機(jī) 可以平穩(wěn) 和 迅速的使 電源 達(dá)到負(fù)載 1。 在 傳統(tǒng)的液壓 泵系統(tǒng) 中 , 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 由于 成本和 操作 簡單 而 被廣泛應(yīng)用。然而 ,一般的具有可變負(fù)載條件的感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 的速度控制系統(tǒng)已經(jīng)不適用于高性能的液壓泵 系統(tǒng) ,而且傳動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 變速控制需要額外的逆變器系統(tǒng)。 最近 ,調(diào)查發(fā)現(xiàn) SRM(開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) )由于機(jī)械強(qiáng)度和成本優(yōu)勢廣泛應(yīng)用 于 工業(yè) 2 - 6。 SRM的簡便 、低成本、和 穩(wěn)定 的結(jié)構(gòu)是適合于變速和牽引應(yīng)用程序 的 。 SRM 結(jié)構(gòu)簡單 ,而且 因?yàn)槊總€(gè)階段的分離 能夠快速直觀的找到錯(cuò)誤 7。此外 ,由于 SRM 有著高的 功率和轉(zhuǎn)矩重量比率 以及 寬 的 調(diào)速范圍和良好的起動(dòng)特性 ， 因此 它適用于 經(jīng)常停止 ,或者 開始 就處于 滿載條件 的 液壓泵系統(tǒng) 9-11。 在本文中 ,SR驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 通過 適當(dāng)?shù)挠蛪嚎刂品椒ㄌ岢隽撕愣ㄈ萘恳簤罕孟到y(tǒng)。從基本的機(jī)械規(guī)格的液壓油泵 ,電機(jī)轉(zhuǎn)速和基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)矩得到了 由 有限元法 為 原型設(shè)計(jì) 的 SRM。 為了使操作性能更適合自身，電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩被節(jié)能模式控制以減少油溫的上升。 根據(jù) SR傳動(dòng)系統(tǒng)液壓泵測試與傳統(tǒng)的液壓泵和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ,該 SR驅(qū)動(dòng)適用于高性能 液壓泵系統(tǒng)。 3 2.SR推動(dòng)液壓泵 2.1 SRM 的 設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)液壓 泵由于 能夠方便的將 馬達(dá)驅(qū)動(dòng) 改 為 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) ，所以 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)尺寸決定了 SRM 的外部尺寸。 根據(jù) 最大轉(zhuǎn)矩和額定速度特性進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)得到了該液壓泵的機(jī)械規(guī)格。 最大流量的液壓泵是由容積效率和泵轉(zhuǎn)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(shè)恒定輸出通量和不損失油液壓泵如下 ： （ 2） 這里： ： 油壓 Mpa ： 泵轉(zhuǎn)矩 Nm 從方程 (1)和 (2), SRM 的最大轉(zhuǎn)矩和額定速度分別為 9.7(Nm)和 3000(rpm)。 盡管許多優(yōu)點(diǎn)特性 ,但 SRM 液壓泵 在 實(shí)際應(yīng)用 中有諸多 限制如由于噪聲和機(jī)械振動(dòng)。而且 根據(jù)定子和轉(zhuǎn)子磁極數(shù) 組， SRM 使用 的 磁阻轉(zhuǎn)矩和 性能 是有很大不同的。 所以 設(shè)計(jì)過程的 SRM 不同于直流和交流電機(jī)。 SRM 弧 是一般 結(jié)合定子和轉(zhuǎn)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(yīng)用 于四相 逆變器系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本問題。在本文中 , 因?yàn)檗D(zhuǎn)矩脈動(dòng)和 SRM 噪聲定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量組合是選定的 12/8。 為了液壓泵 SRM 得到一個(gè)好的 性能 ,根據(jù)效率和轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行了定子和轉(zhuǎn)子極弧分析。圖 1 顯示了根據(jù)效率和輸出轉(zhuǎn)矩特性定子和轉(zhuǎn)子極弧的 模擬 結(jié)果。 4 （ a） 效率特性 （ b） 轉(zhuǎn)矩特性 圖 1 SRM根據(jù)定子和轉(zhuǎn)子極弧的 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 模擬 是通過改變定子極弧 來 實(shí)現(xiàn) 改變 轉(zhuǎn) 子極弧。在圖 1, 在低定子和轉(zhuǎn)子極弧 時(shí) 輸出轉(zhuǎn)矩和效率是更好的。然而 ,在關(guān)鍵的定子和轉(zhuǎn)子弧 , 在一些轉(zhuǎn)子位置由于死區(qū)輸出轉(zhuǎn)矩為零 ， 自起動(dòng)是不可能的。在本文中 , 考慮了效率、轉(zhuǎn)矩和死區(qū)定子和轉(zhuǎn)子極弧決心為15 和 16度 。 圖 2 顯示了固定外尺寸的 SRM 根據(jù)深度率的定子、轉(zhuǎn)子的磁極和 配合而使 轉(zhuǎn)矩和效率的變化。雖然 ,SRM低深度率具有更好的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子極效率特點(diǎn) ,但 由于 SRM的低職業(yè)率和高電流密度與低利率深度 使 轉(zhuǎn)子磁極 有 嚴(yán)重的制造難度和熱的問題。因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)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(jù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng) 。 在原型 SRM， 考慮效率和轉(zhuǎn)矩特性的速率 ， 轉(zhuǎn)子的速度極深度和轉(zhuǎn)子磁軛與定子極深度和軛是 40%和 54%。 5 （ a） 轉(zhuǎn)矩和效率與深度的定子磁極 （ b） 轉(zhuǎn)矩和效率與轉(zhuǎn)子磁極的深度 圖 2 SRM定子和轉(zhuǎn)子磁極的特性與深度轉(zhuǎn)矩和效率 2.2設(shè)計(jì)比較 表 1 顯示了規(guī)范和仿真結(jié)果設(shè)計(jì)原型 SRM 規(guī)范的原型 SRM 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 堆棧長度 95 mm 空氣間隙 0.25mm 定子直徑 135mm 轉(zhuǎn)動(dòng) 52 轉(zhuǎn)子直徑 70mm 最大扭矩 9.96Nm 定子 極弧 16 deg 回轉(zhuǎn) 速度 3000rpm 轉(zhuǎn)子 極弧 15deg 效率 87% 圖 3 顯示了轉(zhuǎn)子和定子 的 截面 ,總成的設(shè)計(jì)原型為液壓泵應(yīng)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(zhuǎn)相繞組的數(shù)量是 52轉(zhuǎn) 。 （ a） 原型 SRM的截面 （ b） 轉(zhuǎn)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(guān)系。在預(yù)置油壓、流量泵是有限的最大通量超過預(yù)設(shè)油壓、流量控制節(jié)電模式顯示為圖 4。在一個(gè)高油壓、油溫、快增長與摩擦的高通量。因?yàn)檫@個(gè)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(guān)系 因?yàn)榱髁亢愣ㄈ萘恳簤罕孟到y(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比 ,可以調(diào)整液壓泵的通量控制電機(jī)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(jié)能模式的框圖。 SRM 的參考速度 , 參考通量和實(shí)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(diào)整實(shí)際的 SRM 在內(nèi)部控制循環(huán)速度。預(yù)設(shè)在節(jié)電模式通量時(shí)間表是由機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)電模式速度 ,那么速度的節(jié)電模式被選中作為一個(gè)新的參考價(jià)值。 圖 6 解釋提出液壓泵系統(tǒng)與 SR驅(qū)動(dòng)的控制框圖。 SRM為 驅(qū)動(dòng)泵齒輪和輸出 通量的油罐。 圖 6液壓泵系統(tǒng)與 SR驅(qū)動(dòng)的全框圖 9 4、 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置 原型 SR 驅(qū)動(dòng)液壓油泵系統(tǒng)是 以 速度和 轉(zhuǎn)速 -扭矩響應(yīng)特性 的方向進(jìn)行測試 。圖 7 顯示了試驗(yàn)裝置的 液壓 泵系統(tǒng)原型 SR驅(qū)動(dòng)。 圖 7 水力泵系統(tǒng)與 SR驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)裝置的 應(yīng)用的 SRM 數(shù)字控制器 是德州儀器 的 DSP TMS320LF2407。計(jì)算的速度由 2000 年SRM(ppr)光學(xué)編碼器和 QEP 功能 得出 每個(gè) 周期為 1.6 TMS320LF2407(ms)。 相電流信號(hào)和實(shí)際油壓信號(hào)檢測傳感器和轉(zhuǎn)換為在內(nèi)部 10 位 ADC 的 DSP數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)前的控制是通過 PWM 方法實(shí)現(xiàn) SRM 100us采樣周期。一個(gè)不對稱的經(jīng)典逆變器與600V,50AIGBT 模塊 ,提供了對 SRM 脈沖電源。 2 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖 8 顯示了原型 SR驅(qū)動(dòng)液壓泵系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速 -扭矩和操作效率 圖 8原型 SR驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速 -扭矩和效率特性 10 為了保證目標(biāo)在低油壓速度范圍 ,輸出轉(zhuǎn)矩的 SRM 是 13(Nm),大于所需的最大轉(zhuǎn)矩9.7(Nm)。在 SR驅(qū)動(dòng)器在滿載狀態(tài)的最大操作效率是 84%這是低于經(jīng)典變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)值87%由于制造誤差和控制條件的。 圖 9 顯示了通量響應(yīng)的液壓泵。參考通量 在 5(Mpa)油壓 情況下 改變?yōu)?15(L/min)到5(L/min)。在節(jié)電模式由于參考通量是有限的 ， 實(shí)際的油壓 僅為 2(Mpa)。在低通量 ,實(shí)際的油壓是快速增加的參考價(jià)值 5(Mpa)顯示為 圖 8。 圖 9通量控制液壓泵的結(jié)果在 5(Mpa) 圖 10 分別是泵在 I.25、 2 和 3.0(Mpa) 的階躍響應(yīng)。在 圖 9 是到達(dá)在參考價(jià)值在200(ms) 實(shí)際油壓力和電機(jī)的速度調(diào)節(jié)根據(jù)油壓。 圖 10油壓控制的特點(diǎn) 在 液壓 泵系統(tǒng) , 因?yàn)?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(huì)發(fā)生 快速響應(yīng)。在 圖 11 中 電動(dòng)機(jī)和 液壓 油的溫度變化顯示了一 個(gè)穩(wěn)定的操作。 11 圖 11溫度變化的 SRM和石油在連續(xù)操作的液壓泵 12 結(jié) 論 本文研究了 SR 驅(qū)動(dòng)液壓泵系統(tǒng)的性能。在傳統(tǒng)的 液壓 泵系統(tǒng) ,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被替換為一個(gè)原型 SR 驅(qū)動(dòng)。一個(gè)考慮效率和輸出轉(zhuǎn)矩 12/8 的 2.2kwSRM設(shè)計(jì)。 原型 SR 驅(qū)動(dòng)在全負(fù)載 時(shí) 的液壓泵系統(tǒng) 時(shí)具有 84%效率。 很好的實(shí)現(xiàn) SRM 可以快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)油壓控制的系列轉(zhuǎn)矩特性。 在 DSP 控制器與節(jié)電模式 ,因?yàn)?是限制實(shí)際油壓和通量的 故 提出了原型 SR 驅(qū)動(dòng)液壓泵。 其組成是由 PI 速度控制器的內(nèi)循環(huán)和外 p 壓力 控制器控制通量 ， 油壓與光學(xué)編碼器以及 壓力傳感器。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示液壓泵系統(tǒng)與 SR驅(qū)動(dòng) 具有更多的優(yōu)點(diǎn) 。 致 謝 本工作 是 在先進(jìn)的電機(jī)和電力電子中心 (AEMPEC)進(jìn)行 , 這是由韓國 MOCIE(商務(wù)部、工業(yè)和能源 )下屬 電氣和科學(xué)研究所 (KESRI)(r - 2005 b - 109)支持。 13 參考文獻(xiàn) 1 詹姆 l 約翰遜 et al,介紹流體動(dòng)力 ,科學(xué)與技術(shù) ,2004 2 C.S.金姆 , M G 金 ,h . g .李和 J W 安 ,“ 發(fā)展和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(shè)計(jì)和特點(diǎn)為低速車輛 SRM驅(qū)動(dòng) “ 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(qiáng)迪 ,建模和分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ” 轉(zhuǎn)向和懸架技術(shù)研討會(huì) ,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(guān)磁阻電機(jī) ”,IEE Proc 。 B,vol.127,4號(hào) ,1980,pp.253 - 265。 6 H 陳和 G 謝 ,” 一個(gè)開關(guān) 磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為蓄電池電動(dòng)汽車在煤礦 ”, 在第五 IFAC 研討會(huì) ,1998年低成本自動(dòng)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(jī) ,臺(tái)灣。工業(yè)應(yīng)用 ,卷。ia 28,沒有。 6、 12月 1992年 ,pp.1250 - 1255. 8 C 波洛克 ,“ 吳 ”； 聲學(xué)噪聲對消技術(shù) ,開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng) ”,IEEE