點選「iHydrostatics」，發現不一樣的靜液壓世界
i
欄目說明
#i前沿#
欄目精選靜液壓傳動領域
最前沿資訊
，為你傳遞最有價值的行業動態。靜液壓 · 致力於為你構建最具價值的靜液壓傳動領域內前沿資訊平臺！
前沿
資料來源：Hydraulics&Pneumatics | Ray Scroggins
翻譯整理：靜液壓
變排量還是變轉速？
對於搞泵的小夥伴來說，都知道泵的本質很簡單，就是給液壓系統提供流量。但是對於如何輸出流量的話題就變得不那麼簡單了，這裡便衍生出了千變萬化的技術路徑。從泵的輸出流量公式可以看出
Q=V*n
，要改變輸出流量，只能對兩個引數做文章，一個便是泵的
排量
，另一個是泵的
轉速
。
針對如何改變泵的排量，我們已經有了各種各樣的方式，例如排量控制、負載敏感控制、正負流量控制，功率控制等等。而對於針對改變轉速的控制，先前在工程機械領域討論的比較少。不過隨著近些年來電動化技術的不斷髮展，
變轉速控制
逐漸成為熱門話題。
與由恆速電機驅動的變數泵相比，變速電機驅動的泵可以降低油耗，降低發熱量和噪音的生成，並減小油箱尺寸。本期內容，我們就一起看一看
力士樂，穆格、伊頓、派克、MJC、Daiken、Kyntronics
公司在變轉速控制方面都做了哪些探索。
變轉速技術概述
隨著
高速控制
、
快速響應電機
的發展和軟體的改進，變速電機驅動液壓泵的應用日益增長。這樣的電機和軟體為電機-泵組合提供了動力及對由電液控制閥或變數泵進行的系統控制的響應，同時還降低了能耗。
傳統上，恆速交流感應電機已經用於驅動固定液壓系統中的泵，其動力由流量和壓力調節閥或可變排量泵控制。然而，即使系統沒有負載，持續執行的電機也會消耗多達50% 的滿載電流。此外，傳統液壓動力裝置（HPU） 中的泵和馬達通常尺寸過大，以滿足最大佔空比要求。相比之下，
變頻驅動器或伺服驅動器可以更有效地管理電機的執行扭矩和速度
。電機不是以全速連續執行，而是僅以足夠快的速度旋轉以滿足任何給定時間的系統需求。
帶有變速驅動的液壓系統將液壓的可靠性、功率密集的優勢與由電驅動而帶來的的智慧化和易於整合到自動化系統的便捷性相結合
。由於泵的轉速很容易根據流量需求進行調整，並且無論負載如何，電機都不會一直高速執行，因此能源效率得到提高。噪音也降低了，尤其是運轉期間泵流量需求低於最大值。改變泵的轉速進而改變流量，將輸送的液壓動力與機器工作迴圈中任何一點的需求精確匹配，無論是在執行期間、待機狀態還是保持壓力時。此外，由於這些系統通常需要較少的液壓油，因此只需要較小的油箱，因此可以減少機器佔地面積。
儘管變速驅動器通常與固定排量泵搭配使用，但在許多應用中將
變速驅動器與可變排量泵組合使用會帶來額外的好處
。“透過將變速電動驅動和可變排量液壓驅動相結合，我們可以大幅減小電機尺寸，從而降低安裝成本和電氣寄生損耗，”ParkerHannifin的VAS團隊應用工程師RashidAidun說。
Bosch Rexroth 系統應用經理Paul Stavrou 補充說：“將高響應變數泵與VFD 控制的感應電機相結合，比單獨的變速裝置，可實現更高的效率和更快的系統響應。變排量泵使得將壓力、泵排量和電機速度（扭矩和速度）調整到最佳工作狀態變為可能，從而最大限度地減少電力、液壓和機械損失。”
在許多情況下，變速泵驅動用於為移動或物料搬運裝置等應用中的液壓馬達提供動力。然而當用於驅動執行器時，它們有同樣的效果。電液執行器（EHA） 結合了機電和電液技術的最佳優勢，將動力從電動轉換為液壓再到機械。EHA 在機床等應用中很有吸引力，因為執行器僅在系統需要時才消耗功率。它們還消除了對熱管理以及油液和過濾器更換的需要。
變速泵驅動的優勢在包括機械加工和金屬成型裝置、塑膠和橡膠機械、壓鑄機、紙漿和造紙機械、液壓試驗檯、物料搬運裝置和許多其他工業應用在內的應用中得到了回報。
以下是目前可用的主要變速驅動和系統的摘要。
博世力士樂方案
位於北卡羅來納州夏洛特市的博世力士樂方面表示，Sytronix 變速泵驅動器有助於降低能耗和執行噪音。它們結合了公司的兩項成熟技術，以提供強大的液壓系統的可靠性以及緊湊型電力驅動技術的能量效率和動態特性。智慧液壓控制直接整合到電氣驅動中，以
根據機器的壓力和流量要求調整電機扭矩
。如果系統不需要全功率，控制器會自動降低泵驅動的扭矩，從而降低能耗和噪音水平。實際應用表明，使用Sytronix系統可以實現高達80%的節能。
博世力士樂的Sytronix FcP驅動系統包括一個感應式電機、液壓泵和電子變頻驅動器作為裝配體
博世力士樂的Sytronix FcP 驅動系統是
低功率範圍內恆壓動力裝置的首選
。它們包括
一個感應電機、一個液壓泵和一個作為元件的EFC 電子變頻驅動器
。FcP 在與PGF內齧合齒輪泵一致的較低功率範圍內執行。在更高的壓力和功率範圍內，FcP可以使用公司 PGH 系列的內齧合齒輪泵或其A10 或 A4 軸向柱塞泵。透過使用變數泵，尤其是在高功率範圍內，可以降低電動機的扭矩和負載，從而可以使用更小的驅動器尺寸。
該公司的Sytronix DRn 驅動系統適用於中高功率範圍內的恆壓功率單元應用。DRn 系統由一個帶有非同步電機的驅動泵模組和一個作為控制單元的變頻器組成。DRn 壓力控制系統具有程式設計功能，可監控負載需求並在恆定壓力下自動調節速度。
MJC Engineering方案
位於加利福尼亞州的MJC Engineering 建立了一個交鑰匙解決方案，其中包括綠色液壓動力（GHP） 標籤下的系統整合、工程、軟體技術和程式設計。該系統採用
西門子Sinamics 變速驅動器
，為內部齒輪泵提供動力。MJC 聲稱與傳統液壓系統相比節能高達70%，並且噪音降低了 20dBA，產生的熱量更少，冷卻要求更低，油量更少，佔地面積更小。
綠色液壓動力的交鑰匙系統採用西門子Sinamics伺服泵，基於變速驅動供電與內齒輪泵相連的電動機
MJC 是一家定製機床製造商，一直在尋找提高機器能效的方法。該公司求助於其長期自動化供應商西門子幫助設計新的液壓動力裝置。“我們看到伺服泵可以控制壓力和流量，並將電能精確地轉換為液壓動力，”MJC總裁 Carl Lorentzen 說。“在某些情況下，完全或部分取消了控制閥的使用。”Lorentzen 隨後成立了Green Hydro Power， Inc。 作為一家獨立的企業，現在為其他機器製造商提供OEM 整合單元。GHP系列有兩種款式：一種帶有VFD 非同步電機和內建齒輪泵，另一種帶有伺服逆變器、同步伺服電機和內建齒輪泵。
派克漢尼汾方案
落地
Parker 驅動控制泵（DCP） 和GVM 系列同步電機與 AC30 變速驅動配合使用，可提供卓越的控制水平，從簡單的開式泵和風扇到閉環生產線應用。
位於克利夫蘭的派克漢尼汾公司透過其位於俄亥俄州哥倫布的液壓泵和動力系統部門提供驅動控制泵 （DCP） 技術。DCP 提供了一種協同方法，將液壓動力單元、電驅動器、電機和液壓泵整合在一起，以滿足液壓系統內的每個
區域性負載需求
。該產品線集成了一個交流驅動單元，其中包括變頻驅動器和電子裝置以及感應或伺服電機，以匹配葉片泵或軸向柱塞泵或兩種技術的組合。
派克驅動控制泵（DCP）和GVM系列同步泵電機與AC30變速驅動器配合使用，可提供卓越的效能控制級別，從簡單的開環泵和風扇到閉環生產線應用
派克還提供完全定製的 DCP 解決方案，可以結合從感應電機到伺服電機的各種電機技術，並與公司液壓泵技術的多樣化選擇合作，包括葉片泵、斜齒輪泵和軸向柱塞泵。派克定製的現場測試控制演算法管理電機的操作扭矩和速度，在機器或工作迴圈的任何給定點產生所需的精確、可變的壓力和流量。
為了在更簡單的一攬子方案中提供變速和可變排量的綜合優勢，派克提供了 PV plus軸向柱塞泵的版本，這是一種雙排量泵，可以在兩種連續可調設定之間切換。當與變速驅動結合使用時，它的優勢包括降低電機和變頻器的採購成本、高工作壓力、高生產率和高能效。
Kyntronics方案
落地
俄亥俄州伊斯特萊克的Kyntronics 開發了一種獨立的模組化執行器，它不僅可以驅動帶有變速馬達的液壓泵，而且還結合了
體積補償以考慮活塞桿體積
。透過採用一種稱為電液驅動（EHA） 的技術，它結合了液壓和機電執行器的大部分優點，且沒有許多缺點。
EHA 通常將液壓缸與控制器、電機、泵、油箱和控制塊整合到一個獨立的解決方案中。Kyntronics 解決方案將驅動器、伺服電機、歧管和氣缸組合在一個獨立的包中。Kyntronics EHA 的
一個關鍵元件是一個活塞桿容積補償機構
，當活塞桿伸展和收縮時，它可以補償氣缸的杆端容積和蓋端容積之間的差異容積。
Kyntronics開發了這種電液執行器，一個獨立的包含完整液壓系統的模組化元件。能量由變速電機和控制傳輸，該電機驅動液壓齒輪泵，而內建感測器提供閉環力和位置控制
模組化系統從驅動齒輪泵的雙向交流或直流伺服電機開始。這消除了對比例定向閥的需要，因為電機控制流量和方向。一個有益的功能是系統計算氣缸蓋和杆端之間的差異體積的方式。為了補償這種差異，液壓缸包括一個外接低壓缸，兩個缸之間形成一個腔室。該腔室包含可壓縮泡沫，其作用與傳統系統中的油箱相同，但泡沫不需要初始預充或任何維護。
伊頓方案
落地
位於明尼蘇達州的伊頓公司重點介紹了其變速驅動泵解決方案在機械製造、製造、石油和天然氣以及機械行業的裝置中的節能效果。完整的解決方案包括一個或多個Eaton 的
PVM 或 Hydrokraft 可變排量柱塞泵
，或VMQ 固定排量葉片泵。當與伊頓
變速Power XL DG1 通用驅動器
或SPX 9000 高效能驅動器的智慧控制相結合時，該系統可以匹配工作點的精確負載要求。
伊頓 PVM 可變柱塞泵（左）和 PowerXL DG1 系列變頻驅動建立一個可以精確匹配系統中任何工作點的負載要求
一個主要的系統優勢是節能高達70%。變速驅動泵不是以恆定速度執行，而是可以透過
智慧控制以精確匹配當前工作點的負載要求
。當不工作時，它會減慢或停止機器。執行更安靜是另一個優勢，因為在不需要執行時減慢或關閉機器可顯著降低噪音。這有助於保護操作員的聽力並滿足更嚴格的噪聲法規。由於更高效的機器產生的熱量更少，使用變速泵驅動製造商可以縮小或取消油冷卻器。它們還減少了所需的液壓油量，從而允許使用更小的油箱並有助於延長密封件和油的使用壽命。還可以縮小泵的尺寸以降低成本。由於系統可以以更高的轉速執行，因此可以在不減少流量的情況下減少泵排量。所有這些優勢都有助於縮小機器的整體佔地面積並降低成本。
Daiken方案
落地
大金集團旗下位於伊利諾伊州羅斯科的All World Machinery Supply 報告說，大金的
混合液壓動力裝置無縫集成了油壓控制和變頻電機技術
，可以顯著降低功耗。其獲得專利的逆變器驅動器與大金工業製造的
IPM 電機
（一種直流無刷電機）配合使用，該電機使用位於轉子深處的稀土永磁體來產生磁轉矩和磁阻轉矩。這種電磁結構實現了高扭矩和高效率，同時產生的熱量低。節能混合控制HPU 專為工業應用而設計，例如金屬切割、金屬成型、注塑成型和許多其他用途。使用者可透過鍵盤手動調整壓力和流量設定。該公司表示，這些裝置可以減少能源消耗、熱量、石油需求和噪音等因素，從而得到的成本節約可提供 12至 18 個月的完整投資回報。
大金的 EcoRich 液壓動力單元結合了 IPM 無刷直流電機和變頻驅動系統，帶串聯泵，可自動在執行期間，備用，和壓力維持
穆格方案
落地
紐約州東奧羅拉的穆格公司擁有一個
速度控制泵系統
，與傳統方法相比，該系統使機器製造商能夠將能耗降低 30% 或更多。
電-靜液壓泵裝置(EPU)
旨在結合液壓驅動和電動驅動的優點。穆格EPU 是電靜液壓驅動系統的核心，有助於實現分散驅動系統。這樣做消除了對相關管道的需要，以減少整體機器佔地面積。EPU 的緊湊設計讓使用者可以將其直接安裝到油缸上，從而進一步減少每個運動軸的空間需求。
Moog的電靜液泵單元結合了以下元素將常規液壓動力單元改造成更輕、更緊湊的模組化動力單元。其伺服電機驅動泵比傳統 HPU 更節能，尤其是在怠速狀態
由於它們的流體連線較少，獨立裝置大大降低了洩漏的可能性。與傳統裝置相比，潔淨、簡單的設計還提高了可靠性、維護和整體成本。電靜液泵裝置有廣泛的應用，例如金屬成型、注塑成型、壓鑄、燃氣和蒸汽渦輪機以及風力渦輪機槳距控制。
“我們的 EPU 面向需要標準的、開箱即用的產品的公司，這些產品可以輕鬆整合到他們的靜液壓傳動或新機器設計中，”穆格創新經理 Achim Helbig 博士說。“它的安裝模式允許透過分配塊直接安裝到氣缸上，這減少了安裝管道的時間和成本，安裝時間和維護工作可以大大簡化。”
液界聯盟 | 會員·註冊
與液界精英一起玩轉液壓界
