伺服电机泵的工作原理

伺服电机泵是最近出现的一种新型液压变速控制产品。它由伺服电机（交流或直流）和液压定量泵或变量泵组成。伺服电机泵构成的液压系统提供了动力源，利用电机调速的方法来进行液压系统的流量调节，由于在调节过程中代替了液压泵的变量控制阀（泵控压力阀、负载敏感阀、功率调节阀、比例阀或开关数字阀等），或代替了液压控制阀来调速，减少了液压系统的压力损失，使流量调节过程节能。

伺服电机适用于正转和反转，运行平稳。其响应时间可满足某些工业应用的要求，如塑料机械行业。因此，伺服电机、驱动器和内齿轮泵的组合催生了高端速度控制技术应用产品的发展。这种设备适用于各种类型的机械。它包括塑料机械、压铸机械和鞋革机械。此外，它还适用于纺织机械、液压机和液压工程机械。它尤其适用于急需进行节能改造的高耗能机械。在这方面，日本、德国的产品较为成熟，已在市场上产生了不小的品牌效应。

杯形转子交流伺服电机的结构由四个部分组成：外定子、杯形转子、内定子和脉冲计数器。图 2-9 仅显示了转子部分，这与单向感应电机不同。

二者最明显的区别在于伺服电机绕组中有一个控制绕组。制造商用非磁性导电材料（如铜）制造转子，而内部定子则充当磁路。励磁绕组由控制绕组的控制电压 U 控制。向励磁绕组施加控制电压 U 时，会产生一个与电容器串联的两相旋转磁场。通过适当选择电容，可以使两个绕组之间的电流相位差接近 90°。这个旋转磁场可视为两个圆形旋转磁场的合成。不过，这两个圆形旋转磁场的速度相同、方向相反，但振幅却不相等。

此时，它们会切断转子绕组感应的电势和电流。它们产生的电磁转矩方向相反且大小不一（正向转子承受的转矩较大，反向转子承受的转矩较小）。因此，合成转矩不为零，导致伺服电机朝正向磁场方向旋转。随着控制绕组信号 \( U \) 的增强，磁场接近圆形磁场。因此，正向磁场及其转矩增加，而反向磁场及其转矩减少。假设负载转矩保持不变，合成转矩的增加会导致转子转速上升。

如果 \( U \) 的相位发生变化，例如移动 180°（极性变化），旋转磁场将朝相反的方向转动。因此，产生的合成转矩也将反向。如果控制信号消失，只有励磁绕组通电，伺服电机将产生脉动磁场。这是因为产生的磁场缺乏控制信号。正、负旋转磁场产生的合成转矩（T \）被分为脉动磁场，将指向与旋转方向相反的方向。因此，当控制绕组电压为零时，电机会立即停止。这就是伺服电机速度控制的机理。

开发人员正在推动伺服电机向集成设计发展，包括无刷直流电机和永磁同步电机系统。这些集成电机正在成为速度调节和伺服应用的主流。此外，图 2-10 显示了伺服泵电站的特性曲线。脉宽调制 (PWM) 技术是电机控制数字化的基础。

电液伺服节能系统可包括几个关键部件。它由电液伺服驱动器和三相交流永磁同步电机组成。此外，该系统还包括一个高性能专业伺服泵和一个压力传感器以及其他组件。通过采用矢量控制、弱磁控制和特殊的 PID 控制算法，该系统可实现精确调节。这些技术使系统能够在整个工作过程中精确控制所需的压力和流量。这种方法消除了高压节流带来的能量损失。

因此，它在降低系统油温的同时，还实现了节能和节电。最高效率达到 65%，平均效率超过 30%。表 2-19 列出了伺服泵和柱塞变量泵的性能对比。从表中可以看出，与柱塞式变量泵相比，伺服泵的压力和流量响应略高。此外，它还能有效控制噪音，节省能源，重复性高，并改善低速低压特性。

表 2-19 伺服泵和活塞变量泵的性能比较

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