液压变压器

作为一种能同时控制压力和流量变化的能量控制元件，液压变压器具有如下特征

(1)作为压力变压器，它能将网络压力无节流损失地调整为压力变化范围内的任一值。

(2)变压器变压过程可逆，可以向负载输出能量，也可以从负载向蓄能器回收能量。

(3)液压变压器体积小、重量轻，动态响应快。

液压变压器关键问题

(1)控制问题

由于液压变压器的配流盘和缸体惯量都很小，液压变压器本身的动态响应能力快，因而使它的抗干扰能力变得很差，配流盘位置的微小变动，就会立即改变缸体转矩的平衡和变压器的旋转速度，进而液压变压器传递的流量也跟着快速改变，而流量的变化将直接影响变压器的输出压力 。因此，必须对液压变压器采用闭环反馈控制。

液压变压器在高速运行时的可控性较好，简单的PID控制器就能实现对速度和流量的调节、补偿。在低速运行时，变压器的运动逐渐变为以非线性运动为主，前面提到的控制策略不能很好解决液压变压器低速运行时的性能，因此需要设计更为复杂的控制器。这也是急需进一步研究液压变压器的问题之一:

瑞典的Linkoping大学在变压器的控制策略方面做了很多研究工作， 了两种比较典型的控制方法 。一种方法是采用负载流量和变压器转速做为反馈信号的流量控制，快速补偿转矩的波动。另一种方法是变压器低速运行时，在高压油源和负载之间连接管线，并采用旁路节流的方式抑制转矩波动;而在高速时仍然采用方法一的控制策略。这两种控制方法的效果如何还有待试验进一步验证。

(2)振动与噪声

要把液压变压器设计为一个实用的流体动力元件，必须重视变压器的噪声和压力、流量波动性。

在新型液压变压器中，由于配流盘有三个腰形槽，在缸体旋转过程中，柱塞腔内的压力变化过程无处不在。当柱塞缸从一个腰形槽转到另一个腰形槽时，柱塞腔内的油液暂时被两个腰形槽间的阀面切断，在被切断的这段时间内，柱塞缸容腔将变大或缩小，腔体内的油液将产生压缩或膨胀，这样会导致很高的压力峰值或严重的气穴现象发生，引起噪声的增加 。由于变压器输出压力是个调节量，简单地在配流盘腰形槽间开减振槽的方法已不能很

好地解决变压器的噪声问题，因此必须寻求其他解决方案。Innas B V公司在减少液压变压器噪声方面做了很多研究工作。一种方法是通过增加液压变压器缸体内柱塞的数量来减少噪声，这已经在其改进型液压变压器中可以看到。另一种降低噪声的方法是在两个相邻柱塞腔间引进“梭”来减少压力峰值。两种方法在减少噪声方面都取得了一定的效果。

(3)配流盘与后端盖的接口

在液压变压器中，若配流盘腰形槽与后端盖接口形状一致，将使配流盘可旋转角度过小，导致变压器的调压范围有限。当旋转配流盘时，随着旋转角度的增大，配流盘A, B, T槽与后端盖的A, B,T接口间的油液通流面积逐渐减小，配流盘与后端盖之间的油液节流损失增加，变压器的节能效果降低;当配流盘旋转角度增大到一定值时，还会使配流盘的A槽与后端盖的T口、B槽与A口、T槽与B口槽相通，造成变压器功能的丧失。因此，如何设计配流盘腰形槽与后端盖油路接口的形状和位置，使配流盘可旋转角度尽量大，是液压变压器研制过程中要解决的又一关键性技术。目前还没有很好地解决这一难题。

液压变压器研究现状

自20世纪90年代以来，荷兰、瑞典和日本等发达国家对液压变压器投入了大量的人力、物力。如荷兰Innas BV公司、瑞典Linkoping大学、日本Sophia大学正在对该课题进行研究。目前国内除浙江大学流体传动及控制国家重点实验室外还没有其他科研单位开展液压变压器的研究工作.

液压变压器是在恒压网络二次调节系统下发展起来的新型液压元件。液压变压器的技术背景及发展历程、液压变压器的节能思想及其特点，并对典型液压变压器的工作原理、研发中需要解决的关键技术问题、液压变压器的效率计算进行了阐述，同时介绍了液压变压器的国内外研究现状及其在液压系统中的应用。对液压变压器的应用前景进行了展望，指出经完善其关键技术，液压变压器必将会在未来的液压传动系统中扮演重要角色。

由于新兴电力电子技术的出现，液压传动在与电传动、机械传动的竞争中，正面临着严峻的挑战。面对这一激烈竞争，液压传动必须不断推出新技术和液压元件，增加液压系统的柔性和功能，同时满足高效、节能、低成本和环保的要求。

近年发展起来的恒压网络二次调节技术提高了液压系统的柔性和效率。不过，二次调节原理上尽管有许多优点，它在液压领域的应用却受到了一定的限制，主要原因是液压工业缺少一种像电力变压器、机械齿轮变速器那样的液压元件—液压变压器，把液压能以一定压力无能量损失地传送出去，同时具备成本低、运行状况良好和控制性能优良等特点。

液压变压器技术背景

恒压网络是近年发展起来的新型静液传动技术。一个恒压网络系统由能量源、蓄能器、负载和液压管路等组成。网络中的压力恒定，在用户端对互不相关负载进行单独控制。

恒压网络与流量控制系统和负载敏感系统的比较，其先进性主要体现在以下几点。

(1)恒压网络中的蓄能器有效分离了负载和能量源，各个负载之间相互独立，可在用户端实现互不相关的控制规律。

(2)无节流损失，系统效率高。

(3)恒压网络中的蓄能器能修整压力峰值，避免压力、流量波动，并能从负载端回收能量。因而系统效率会得到进一步提高，能量源进一步减小。

(4)由于控制直接作用于用户端，能量源的动态性能不影响负载。

二次调节系统是由德国汉堡国防科技大学的H. W. Nikolaus于1977年 的，主要集中于恒压网络元件的控制策略和元件本身。在二次调节静液传动中，二次元件能无损耗地从恒压网络获取能量，而且可以接多个互不相关的负载，实现系统制动能和重物势能的回收与重新利用。

对于驱动一个恒压网络二次调节的旋转载荷，通常使用一个变量马达和一个伺服调节机构，通过快速调节液压马达斜盘角度以适应二次负载流量、压力的需要。而变量马达和伺服调节机构的价格使二次调节系统成本昂贵，影响了其推广应用。

对于驱动恒压网络二次调节直线载荷，传统做法是利用节流阀来实现。然而，由于网络压力比负载压力高，这将产生大量的能量损失。因此，恒压网络急需一种无节流损失地驱动直线负载的液压元件，液压变压器就是在这种条件下得到发展的。值得一提的是，近年发展的液压变压器不仅能够驱动直线载荷，而且可以驱动旋转负载。

液压变压器发展历程

液压变压器并不是一个新概念，早在1965年，就有美国专利 对其进行了论述，这种类型的液压变压器实际上是作为液压放大器来使用的。液压变压器为一个泵通过管路与液压马达简单相连，通过改变液压泵的供给流量来改变压力比。该类型液压变压器为单向变压，而且泄漏和能量损失都很大。

1971年，H. K. Herbertts 发展了一种双向液压变压器，在两个分离的液压控制回路间互相传递能量。这种变压器由两个轴向柱塞泵和马达构成，泵和马达的转子形成机械连接，以便二者能够一起旋转。根据系统的运行情况，泵和马达分别变换自己的角色来做泵或马达使用，进行双向变压。

20世纪80年代以后，液压变压器在结构形式上并没有大的改进，基本形式在原理上仍然为轴向柱塞泵与马达通过一个轴机械地连接在一起，习惯上将其称为传统液压变压器 2 。在此期间，研究者更注重这种液压变压器的应用研究。日本的Sophia大学研究该类型液压变压器在恒压网络下的工作效率时，将液压变压器与活塞缸进行了多种连接方式的组合，并对每种连接方式下液压变压器的效率进行了计算机仿真研究，分析结果显示:如果液压变压器和液压缸的连接方式合理，变压器的效率可达80 %。而德国Mannesmann Rexroth公司将该类型液压变压器成功应用到注塑机和挖掘机上，系统效率和运行性能都得到了改善。

1997年荷兰Innas和Noax公司联合研究了一种新型液压变压器设计概念，也称做Innas液压变压器。与传统液压变压器相比，该类型变压器仍然参照恒排量轴向柱塞泵/马达的结构，但却使用了一个不同的原理。该变压器将马达功能、泵功能集为一身，组成一个单独的恒排量装置，减少了许多机械部件，因此该变压器惯量小，动态响应快，通过改变配流盘的旋转角度，可以控制油源和负载间的流量比、压力比。该变压器在运行时噪声较大，低速运行状况不好。

2002年，在德国第三届国际流体传动会议上，Achten博士对Innas液压变压器又进行了改进。将液压变压器由原来的7柱塞改为18柱塞，缸体形状由集成式结构改为可以自由移动的浮杯形结构，同时将缸体由一个变成两个。经过这样的改进，减小了柱塞和缸体间的摩擦损失，同时启动扭矩也变得很小。柱塞数的增加减少了变压器内流量和扭矩的波动，降低了的噪声，提高了效率。值得说明的是该类型变压器的节能效果、运行特性还有待试验的进一步验证。

尽管液压变压器的性能还有待改善，但是由于其在恒压网络系统中展现的独特魅力，已使人们将它应用到了液压系统中。这种叉车将液压变压器与“具有21世纪动力希望之星 ”的自由活塞发动机相结合，使该系统真正达到了柔性与效率的高度结合。在这里，使用了静液传动的四象限液压变压器和起重油缸的两象限液压变压器。通过这种结合，发动机的装机功率从传统布置的28 kW降到恒压网络布置的17 kW，而且系统效率显著提高.

此外，荷兰NOBAS公司将液压变压器成功应用于挖掘机中，不仅使液压系统结构得到简化、成本大幅降低，同时也使系统效率得到很大提高。

液压变压器作为一种新的流量控制元件，通过与液压恒压网络系统的结合，可以高效地驱动直线和旋转载荷。真正地体现了液压系统的柔性与高效的结合，经过不断完善其关键技术，液压变压器会越来越得到更广泛的应用。

变压器（1）电路故障

对于变压器的电路故障问题主要是指变压器的出口出现短路，以及在变压器内部出现引线或绕组间的对地短路，以及因相与相间出现的短路问题进而引发故障的出现。其实，这类故障在实际的电力变压器的诸多故障问题中是十分常见的问题，并且该故障的实际案例也很多。对于变压器在低压出口出现短路的问题，为了解决该问题一般对故障处更换绕组，故障严重时可能需要对所有的绕组进行必要的更换，这样才能尽可能地降低故障发生的概率，极大地降低因电力故障引发的严重的经济和人身财产损失，所以，对此有必要给予极大地重视 。

变压器（2）绕组的故障问题

把绕组故障可以细致地划分为以下几个类型：接头的焊接处极其容易出现开裂问题、相与相间短路问题、匝向出现短路、绕组的接地故障等。分析总结以上故障出现的原因可以总结：变压器的绝缘问题出现了问题；绕组处有杂物进去，老化的绝缘体；变压器的工作力度不足；因变形导致绕组出现问题：绕组受到水汽影响；变压器的温度高。

变压器（3）变压器渗油故障

变压器渗油故障在整个电力变压器的故障中是最为常见的一个故障。变压器渗油故障又可以解释为电力变压器渗油会导致后续一些问题，诸如本身对空气产生严重的环境污染，还可能造成大量的的资源浪费，这样会大大增加了企业的运行成本，进而增加了企业的经济压力和市场阻力。该问题作为一个安全隐患，会极大地影响电力变压器的安全稳定运作，严重时可能造成机器设备的不能运行。还要注意的是该故障还会对电力企业的服务质量产生影响，对为用电的客户提供安全科学的服务产生重大的负面影响。

变压器（4）接头处温度、多高故障

接头处温度、多高故障中的接头指的是变压器的载流接头。在整个变压器的设计中变压器的载流接头一直都承担着极为重要的责任，分析总结了电力事故可以得出：变压器的载流接头的不稳定连接，使得接头处温度快速升高，甚至已经超过了接头的着火点，导致接头出 现烧断的现象，严重影响了电力变压器的安全稳定运行。这些问题都给电力企业在以后得安全供电工作敲响了警钟。为了有效减少这类安全事故的出现，避免因接头处温度过高引发的安全用电事故，这需要电力检测维修工人在平时的检测维修工作中，注意观察变压器的载流接头的温度变化，保证接头的温度在正常的数值范围内变化，这样才能有效保证电力变电器的安全稳定运行。

变压器（Transformer）是变电所中最关键的一次设备，它是一种静止的电气设备，通过线圈间的电磁感应，将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种或几种电压等级的交流电能。

1、变压器的作用

变压器除用于改变电压外，还可用于改变电流、变换阻抗等。

2、变压器的分类

变压器类型较多，可按变压器的用途、相数、调压方式、绕组形式、绕组绝缘及冷却方式等进行分类。

(1)按用途分：电力变压器和特种变压器。

(2)按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。

(3)按调压方式分：有载调压变压器和无载调压变压器。

(4)按绕组形式分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器等。

(5)按绕组绝缘及冷却方式分：油浸式变压器、干式变压器和充气式变压器等。

1、变压器中的油在运行时主要起散热冷却作用；

2、对绕组等起绝缘和绝缘保养作用（保持良好绝缘状态）；

3、变压器油在高压引线处和分接开关接触点起消弧作用，防止电晕和电弧放电的产生；

4、变压器油被广泛用作液压安全阀内的液封。