在各种能源日益稀缺和降本增效的背景下，节能已成为新时代的发展主题，目前相关研究表明，开发人员注重系统功能，以提高安全性和可靠性，因此节能的重要性往往被忽视，导致一系列问题。在这种情况下，液压系统的节能设计及改造，帮助降低功耗并延长设备的使用寿命，其中液压系统用电量的高低是其重要性能指标之一。

一、电液伺服节能系统在液压系统中的应用

电液伺服节能系统包括PLC、伺服驱动器、永磁同步伺服电机、恒压变量柱塞泵、压力传感器、测速编码器等，结构如图1所示。电液伺服节能系统是压力、流量双闭环控制，伺服系统通过PLC依据生产工艺设置和液压系统需要的压力、流量依靠压力传感器和速度编码器反馈给伺服驱动器控制伺服电机及油泵精确运行。现场液压设备不管是动作还是保压时异步电机都是按最大负载工作，负载大电流大同时耗电也更多，而伺服电机刚好相反伺服电机是转速和扭矩可控，在高流量工作过程按照设定转速工作，在低流量工作过程降低了电机转速，伺服叶片泵用低转数也可起到高压。伺服电机自带编码器，伺服电机有风冷和油冷两种冷却方式，旧设备改造适合采用风冷，新建适合油冷电机更加节能，电机采用油冷设计采用站内液压站液压油（68#液压油/46#液压油）完全避免了水冷电机冷凝及水垢的风险，比起传统系统和变频控制更节能、更精密、更高效、更稳定。目前汇川技术、浙江布科伺服产品在钢铁冶金行业液压站系统已有应用，节能效果明显。

                       图1 电液伺服系统图

二、液压站节能技术应用分析

1.原异步电机系统能耗分析

传统的液压系统是开环油路定量泵或变量泵和异步电机，轧钢厂液压站液压泵一般是2备1、3备1或4备1等；异步电机开启后不会停止以恒定的转速提供恒定的压力，根据工作需要提供恒定压力，变化的流量，对于部分流量需求小的工艺环节，多余液压油只能通过高压溢流回到油箱（变量泵也不能做到绝对的零排放，因泵自身润滑需要最低也会有标称排量的5%左右的溢流），造成能源浪费，降低了电机的工作效率。此过程中摩擦和机械损耗、油泵泄露、异步机空载损耗等，能量损失多达30%-70%。同时，由于液压油全速循环流动，与液压件、机械件的剧烈摩擦会造成油温过高，噪音过大，机械寿命缩短等现象。

2.电液伺服节能原理。

改造的话，把原系统的三相异步电机被高效的永磁同步取代，加装伺服节能驱动器，旧的轴向柱塞泵被高压齿轮泵取代。控制原理，伺服系统是一个自动控制系统，可以控制起始位置，方向，状态等。无论输入目标(或给定值)如何变化，伺服的主要任务是根据控制命令的要求增加、转换和调整功率，使驱动器的功率、速度和位置非常灵活。液压站的节能系统包括伺服驱动器、永磁同步电机和反馈传感器，包括压力闭环系统的电机转速自动调节，使系统压力稳定在设定的波动值，实时的速度压力闭环。使用专用系统控制软件实时同步输出，在未达到系统设定压力之前，驱动器执行速度闭环控制模式，电机以设定的转速旋转，系统压力不断上升，到达系统设定压力之后，驱动器执行压力闭环控制模式，伺服系统只负责维持压力恒定，电机转速根据系统流量需求自适应调整，精确控制电机转速，稳定管道压力值，油缸运动停止较长带载时间，伺服控制器控制永磁同步电机处于低速运行状态，甚至其他工作泵可以停止工作。前提是系统压力保证才能节省电能，是自动高精度控制系统。根据已有的改造案例，节能率可达20%-50%甚至高达80%。

3.电液伺服系统性能及优点。

1) 节能环保

采用伺服系统的液压站，系统压力、流量双闭环，液压系统按照实际需要的流量和压力来供油，克服了普通定量泵系统高压溢流产生的高能耗，在高流量工作过程电机按照设定的转速工作，在低流量工作过程降低了电机转速，油泵电机实际能耗降低了50%-80%。

2) 高响应、转速提升流量大，

伺服电机的加减速时间短，一般在几十毫秒之内，从零到最高压时响应时间120ms。高速性能好一般额定转速能达到2000~3000转

3) 压力稳定、低噪声、弱振动

由于伺服驱动器是在矢量控制下启动，伺服电机运行平稳，正常情况下几乎听不到电机噪声，对电网干扰小，运行时只有很小的振动感。伺服驱动器根据需要配置输入/输出电抗器也减小了电网波动对系统的影响。伺服系统调节能力强，压力闭环控制模式使系统压力稳定，压力波动小于±0.5bar。

4) 维护成本大大降低

伺服系统因其能耗大幅降低，发热量较普通系统有相当大的减少，对设备元件的损耗也大大降低，可大幅降低维护频率和元件使用寿命从而大幅度的降低维护成本。同样液压油的使用周期也可大幅延长，降低液压油的更换次数。比普通系统发热量低，所以冷却水量可以大幅减少，有些系统甚至可将冷却系统去除，降低成本。

5) 保护功能完善

伺服驱动器具有短路、过流、过压、欠压、缺相、电机过载等多种保护功能，延长设备使用寿命。

4.系统的工作特性

节能系统配备7英寸或更大的液晶触摸屏，控制软件可视化液压站实时数据。液压站节能系统的开发设计与使用直接相关，在操作方面不会有任何变化，设备不会改变液压站初始运行方式，调整方法、习惯等，在冬季，当环境温度和油温较低时，系统会根据油温自动启动电加热系统，以确保油温最佳工作温度。

三、液压站改造实施方案

1.改造内容。为了保证液压站的节能和稳定生产，该机组保留了原有的外观:在原来的液压站系统的基础上，新增永磁伺服电机+伺服驱动器+压力传感器+PLC同步系统，备用泵保持旧异步电机+变量泵+开环系统一起运行，

2.改造配置。主要设备包括电气柜，压力传感器，制动电阻，输入/输出电抗器，信号电缆，动力电缆，输入和输出管道，连接件，泵托架等，视配置需求，宽裕空间位置。

五、节能效果

改造后节能效率，液压站原控制系统采用75kW 3套电机，REXROTH A4VSO125DR油泵，其工作方式是开2备1，按平均实际负载为60%计算。节能效益，上述液压站功耗计算方法如下(每年7920小时):总功耗为75×0.6×2×7920=712800(kw/h)根据现场数据的综合测量和分析，系统可节省30%的能源，而液压站、管内压力和压力持续时间每年的能源消耗是恒定的:712800×30%=213840(kW/h)。其他效益包括:显着减少液压站启动次数、降低油温、降低冷却系统压力以及降低系统噪音、降低振动、改善生产环境和工作环境。

伺服电机实际功耗30%至80%降低，冷却管和油管该系统降低了温度，延长了液压油的使用寿命，降低了生产成本，提高了设备效率。规模效应后，节能效果显著，可减轻工厂负荷，避免性能问题，值得推广应用。现在新建生产线液压站已开始全部应用电液伺服电控系统。

参考文献：

［1］陈恩．永磁同步电机控制系统［M］．北京:中国水利水电出版社，2022．

［2］窦立．伺服电机技术的控制与应用［J］．《西北工业大学学报》，2022，22(3):355－359．

［3］刘如．高效稀土同步电机节能应用探讨［J］．能源与环境，2022(6):23－24．

［4］吴瑞．探讨轧钢生产线伺服电机控制系统节能在液压站的应用［J］．《西北工业大学学报》，2022，22(3):355－359．