能量转换单元效率特性分析与优化

在液压挖掘机的基本能量回收系统中，动臂液压缸无杆腔的液压油驱动液压马达回转，将液压能转化为机械能输出，并带动发电机发电，三相交流电能经电机控制器2整流为直流电能并储存在电量储存单元中。然而，高效回收一直是电气式回收单元的难点，主要体现为如下几个方面。

1）在液压挖掘机的基本能量回收系统中，动臂下放过程与液压马达-发电机能量回收过程相互影响，在动臂下降时，可回收能量的工况波动剧烈，其压力和流量均在大范围内波动。由于动臂液压缸无杆腔的压力油直接作用于液压马达-发电机能量回收单元，因此，能量回收系统中发电机的发电转矩和转速也随之大范围内剧烈波动，因此高效回收是液压挖掘机基本电气式能量回收系统中难以克服的一个较大的难点。

2）液压马达-发电机回收能量的时间和动臂下放时间相同，即使在标准挖掘工况下，其能量回收时间也很短，大约为2～3s，极限工况时，动臂每次下放的时间更短，比如人为操作动臂先导手柄来调整铲斗位置时，其下放距离一般较短，如果动臂下放速度完全由液压马达-发电机组成的能量回收系统控制，必然会造成发电机的频繁起动和停止，这样必然造成能量上的额外损耗等。同时由于容积调速的阻尼比较小，频繁起动和停止发电机也必然造成系统的冲击和振荡。因此，如何在这么短的时间内回收动臂下放过程中释放的能量且保证系统良好的操作性是一个较大的问题。(www.xing528.com)

在电气式能量回收系统中能量转换单元依次为液压马达、发电机、电机控制器2和电池/超级电容。其中电机控制器的效率较高，且随着电力电子技术的发展，电机控制器的效率甚至可以更高，所以在能量回收系统回收能量的过程中液压马达、发电机、电量储存单元是影响能量回收效率的主要原因。因此，为制定能量回收系统既可高效回收又可保证良好操作性能的优化控制策略，有必要对能量回收系统各个关键元件进行效率特性分析。本节根据能量流的先后顺序依次对能量回收转换单元的关键元件液压马达、发电机和超级电容的效率特性展开如下分析。