电机传动系统

电机传动系统（共12篇）

电机传动系统 篇1

摘要：根据电动汽车运行工况的特点,提出了一种以混合励磁无刷直流电机作为驱动电机,TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为主控制器的应用于电动汽车的电机驱动系统方案,分析了系统控制策略,详细介绍了该电机驱动系统的硬件接口电路设计和软件构成。

关键词：电动汽车,驱动系统,混合励磁无刷直流电机,2812

1 引言

能源紧缺与环境污染等问题带来的负作用日益增加,使电动汽车在近些年成为各国竞相研究的热点。电机驱动系统作为电动汽车重要组成部分,其性能优劣直接关系到整车性能。目前,电动汽车上所采用的电机驱动系统以无刷直流电机(BLDCM)驱动系统综合性能最为理想,较好地满足了电动汽车对效率、功率密度等众多指标的要求[1]。但是无刷直流电机中永磁体对外加磁势的磁阻很大,电机气隙磁场难以调节致使其使用范围受限。混合励磁无刷直流电机(Hybrid Excitation BLDCM,HEBLDCM)通过安装励磁绕组的方法较好地解决了无刷直流电机调磁困难的问题,在适应不同负载方面具有明显优势,是未来电动汽车电机驱动系统的有力竞争者[2]。

2 HEBLDCM基本原理与控制策略分析

HEBLDCM在普通无刷直流电机的结构上进行了改造,在电机定子侧安装与电枢绕组正交的直流励磁绕组,转子侧安装铁磁极作为调磁极以及相间地安装N极、S极,电机整体结构如图1所示。

2.1 电机结构及调磁原理

由图1可看出,HEBLDCM气隙总磁通由永磁磁极产生的永磁磁通Φp和励磁电流If产生的励磁磁通Φf两部分组成。由于永磁磁极对外加磁势的磁阻很大,因此永磁磁极上磁通基本维持为永磁磁通Φp,铁磁极为励磁磁通Φf主要通道。从励磁角度来看,HEBLDCM的运行方式可分为:(1)零励磁运行(If=0),励磁磁通Φf为零,电机工作于普通无刷直流电机状态;(2)增磁运行(If>0),此时励磁磁通Φf与Φp方向相同(即Φf>0),电机气隙总磁通Φ增加为Φp+Φf;(3)弱磁运行(If<0),这时Φf与Φp方向相反(即Φf<0),Φ削减为Φp-Φf。

下面以If>0为例说明If对电机转矩及转速的影响,设U为电枢电压,E为电枢反电动势,R为电机内阻,L为电枢绕组各相自感,I为电枢电流,KE为反电势系数,n为电机转速,则HEBLDCM的电压平衡方程为:

式(2)中,Φf=KfIf,Kf为与励磁绕组设计有关的常数。结合(1)、(2)两式可得出n与U、If的关系表达式为:

由式(3)有,转速n可通过调节U、If来实现。

同样,电机转矩M与If及I之间关系式为:

式(4)中,KM为转矩系数,则调节I和If可实现对电机转矩M的调节[3,4]。

经以上分析可知,通过对励磁电流If的方向控制,可起到增强或削弱电机内部磁场的作用,而改变If大小则可控制调磁的强度,通过对磁场的控制最终达到控制电机转速和转矩的目的。

2.2 控制策略分析

引入励磁电流If的同时将带来励磁损耗,因此在不采取电励磁能满足运行需求的情况下电机零励磁运行。为方便分析,做如下定义:电机工作在额定电枢电压UN及额定电枢电流IN,零励磁运行时的转速为额定转速nN;电枢电流达到额定值IN时,零励磁运行的转矩为额定转矩MN;为保证主回路的调节能力,取电机零励磁恒功率运行下最高转速的90%为电机弱磁基速nf。根据电动汽车各种运行工况特点,以MN、nN、nf为临界点将系统工作状态划分为低速零励磁运行、低速增磁运行、高速零励磁运行、高速弱磁运行[5,6]。

当电动汽车低速运行(n

(1)汽车轻载低速运行时,电机负载转矩M小于额定转矩MN,此时电枢电流I未达到额定值IN,可通过调节I来满足负载转矩需求,零励磁运行。

(2)汽车处于爬坡或带负载启动等工况下时,负载转矩需求M可能超过额定转矩MN。由MN定义及式(4)可知,此时电枢电流I已达到额定值IN,假若继续增加I来获得转矩的提升,可能会导致电枢损耗急剧上升,严重时将造成电机损坏,因此调用正向励磁电流(If>0)增磁以提升电机转矩。

当电动汽车高速运行时(n>nN),此时转矩M不再是主要运行指标,仅考虑速度运行情况,以弱磁基速nf为临界值判断是否需要弱磁升速。

(1)当汽车运行在nN

(2)当汽车运行速度n大于nf时,由nf定义知此时电枢电压的利用率达到90%,不宜再采取调压调速,为避免主回路失去调节作用,引入反向励磁电流(If<0)削弱磁场提升速度,电机转矩也随速度上升而成比例下降,高速弱磁运行仍为恒功率运行。

3 系统硬件设计

HEBLDCM驱动系统需要协调控制电枢电流及励磁电流,因此比普通无刷直流电机驱动系统复杂了很多,这样对主控芯片的性能也提出了更高的要求。美国TI公司的TMS320F2812是目前在电机控制领域应用最为广泛的32位定点DSP,这款DSP的CPU主频高达150MHz,拥有精度达12位的片内AD模块,支持CAN2.0B协议的eCAN模块,两个专用于电机控制的事件管理器模块(EV)等诸多外设模块[7],基本满足了HEBLDCM系统控制的需求。

主电路功率模块选用日本三菱公司的IPM模块PM75CVA120,该模块额定电流75A,额定电压1200V,其将IGBT和驱动电路及过流、过压、欠压等保护电路集成在一起,简化了设计。励磁电路由四个IXYS公司的功率MOS管IFFN100N50P构成全桥电路,通过改变MOS管的导通次序和开关频率改变励磁电流的方向和大小。

图2为基于2812的HEBLDCM驱动系统硬件框图,硬件系统主要分为电枢主回路控制、励磁电路控制两部分,其中2812外部输入信号主要有位置、速度及电流的反馈信号以及运行参数给定信号(键盘或管理系统)等。DSP输出信号有故障保护信号和PWM驱动信号,其中E-VA中6路PWM用于驱动主回路IPM模块,EVB中4路PWM作为励磁电流方向切换信号,下面主要介绍系统部分接口电路的设计。

3.1 位置检测电路

转子位置信号及速度信号是决定电机运行的关键参数,采用日本TAMAGAWA公司的增量式光电编码器TS5214N510作为位置/速度传感器。这款编码器的分辨率为2500C/T,供电电源为+5V,输出6组差分信号:,其中为速度反馈信号,为磁极位置信号。

如图3所示,编码器端输出位置及速度差分信号经由接口板上SN75175转换为单端信号,再由高速光电耦合器6N137对单端信号进行隔离处理后送至2812捕捉单元,经捕捉单元完成位置/速度信号的采集,最后由CPU完成转子位置判断以及速度计算。

3.2 CAN收发电路

CAN总线是在汽车行业应用最为广泛的现场总线,为加强系统与电动汽车管理系统的通信,扩展CAN外围电路。选用TI公司的SN65HVD230作为CAN控制器和物理总线接口,其T、R引脚分别连接2812的CANTXA、CANRXA引脚,如图4所示。

3.3 AD采样调理电路

系统采用的电流互感器输出满量程为±6V,然而2812AD模块输入模拟电压范围为0~3V,采取图5所示电路将电流传感器输出电压信号限制在3V以内,然后再送入AD摸块,确保采样的正确性。

4 系统软件设计

由控制策略分析可知,HEBLDCM驱动系统设计的关键在于如何根据电动汽车运行工况的改变自动切换工作状态,选择运行方式,尽可能的发挥出混合励磁无刷直流电机的性能优势。

图6为系统主程序框图,主程序中主要包括系统初始化、运行命令给定与显示、外部输入信号检测、速度计算、故障检测及处理、状态判断、通信等子程序。电机运行方式选择首先通过当前运行速度n与nN的比较初步判断高、低速状态。若n>nN(高速),则n再与nf比较决定是否弱磁升速;若n

5 结束语

一个性能优越的电机驱动系统不仅可提高电动汽车整车性能,对促进电动汽车的发展和推广也具有重要的意义。本文在分析混合励磁无刷直流电机调磁原理和系统控制策略的基础上,分别介绍了驱动系统硬件电路设计和软件框架,该电机驱动系统具有磁场可调、低速大力矩及调速范围广等众多优点,在电动汽车驱动方面有着良好的应用前景。

参考文献

[1]魏学哲.影响电动汽车性能的关键因素解析电动汽车驱动系统[J].电子测试,2006(6):15-20.

[2]梁秀玲,李优新,王鸿贵,等.新型可调磁永磁无刷直流电动机在电动汽车中的应用[J].广东工业大学学报,2004(4):1-4,36.

[3]李优新,王鸿贵,何鸿肃,等.混合励磁无刷电机的调磁原理与实现方法[J].机电工程技术,2003,32(4):18-20,24.

[4]李优新.混合励磁无刷直流电机的结构及控制策略研究[J].微特电机,2003(3):3-5.

[5]徐寅,陈东.一种混合动力概念车驱动系统设计[J].机电工程,2010(1):72-75.

[6]葛善兵.混合励磁双凸极电机调速系统控制策略研究[D].南京:东南大学,2006.

[7]Texas Instruments.TMS320C28x DSP CPU and Instruction Set Reference Guide[Z].2003.

电机传动系统 篇2

电气控制系统的作用是确保风力机运行过程的安全性和可靠性，提高机组的运行效率和发电供电质量。离网型风力发电机组电气控制系统分为直流和交流系统。直流系统是由风力机驱动直流发电机、经过调压限流器向蓄电池充电及向电阻性负载供电。交流系统包括交流发电机、整流装置、控制器、分流卸载电阻箱、蓄电池组、逆变器和负载。它是一个由交流发电机经整流装置整流后向蓄电池充电及向电阻性负载供电，还可以在蓄电池之后连接逆变器向交流负载供电的交直流供电系统。发电机 按类型分为同步和异步发电机；励磁和永磁发电机；直流和交流发电机。按运行方式又分为内转子和外转子。现有国产离网型风力发电机多采用同步三相永磁式交流发电机，而且是直接驱动的低转速、内转子运行方式。这种发电机为永磁体转子，无励磁电流损耗，它比同容量电励磁发电机效率高、重量轻、体积小、制造工艺简便、无输电滑环，运转时安全可靠，容易实现免维护运行。它的缺点是电压调节性能差。

一种爪极无刷自励磁交流发电机，具备励磁电流自动调节功能。在为独立运行的小型风力发电机配套时，可以有效的避免因风速变化，发电机转速变化而引起的端电压波动，使发电机的电压和电流输出保持平稳。控制器功率容量几千瓦的离网型风电系统常配置简易的控制器。它包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10kVA以下逆变电源。逆变电源输出的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。

比较完善的控制器采用：PWM斩波整流，使电气控制系统具备了AC-DC/DC-AC双向变换功能；（2）PWM升压型（Boost型）整流，弥补了永磁发电机在低风速、低转速时电压偏低的缺陷；（3）根据风力发电机的运行特性切入了最大功率跟踪技术（PTTP）；（4）向蓄电池智能充电功能；（5）通过改善输出的交流波形，大幅提高风力发电系统的运行效率和年发电量；（6）设置风速及风力机转速传感器并在风速和转速达到限定值时启动执行机构实施制动停机；（7）设置了状态显示和主参数通讯接口。功能完善的控制系统能保障风力机技术性能可靠，运行稳定安全。

离网型风力发电系统对配套控制系统的基本要求如下：

（1）整流器件的耐电压、耐电流的高限值要有充足的裕度，推荐3倍以上；

（2）向蓄电池充电的控制系统，以充电电流为主控元素，控制蓄电池的均充、浮充转换，以均充电流、浮充电压、充电时间作为控制条件，按蓄电池的充电、放电技术规范进行充、放电；

（3）向逆变器供电的控制系统应满足逆变电源所需直流电压和容量的要求；

（4）卸荷分流要兼容电压调控分流和防止风力机超转速加载两项控制；

（5）检测风力机转速、输出电压、输出电流、机组振动等状态超过限定值或允许范围时，控制系统自动给风力机加载，同时实施制动；

（6）应具备短路、直流电压“+”、“-”反接、蓄电池过放电、防雷击等安全保护功能。蓄电池组风能是随机性的能源，高峰和低谷落差甚大，且具有间歇性，极不稳定。为有效地利用风能必须配备蓄能装置。当前风力发电系统可选择的蓄能方式有：蓄电池蓄能、飞轮蓄能、提水蓄能、压缩空气蓄能、电解水制氢蓄能等几种。离网风力发电系统广泛采用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池的作用是当风力强劲、风力机发电量大，或用电负荷少时，将电能存入蓄电池；当风力较弱，或用电负荷较大时，蓄电池中的电能向负荷供电，以补充风电的不足，保持风力发电系统持续稳定供电的运行状态。

目前，离网风力发电系统较多采用储能型（固定）铅酸蓄电池，它的单体电动势为2V，单体容量从几百安时到数千安时。电池组配套时可根据风力发电系统的要求，以串、并联接方式组合成所需要的端电压（V）和总容量（Ah）。

蓄电池经多次充放电之后，其充放电转换效率和电池容量会迅速降低，寿命即终结，继续使用已很不经济。

影响蓄电池使用寿命的因素很多，其中主要有：

（1）未按技术规范配制符合要求的电解液；

（2）未严格实行均充、浮充分阶段充电规程；

（3）蓄电池过度充电、深度放电；

（4）蓄电池在亏电状态下，久置未及时充电。

参考书目

《风力发电》中国电力出版社2003年3月 王承煦张源 主编

《风力发电机组原理与应用》机械工业出版社2011年6月 姚兴佳 宋俊编著

电机及其系统节能技术发展综述 篇3

关键词：节能技术;能源浪费;电机;发展

一、简析电机及其系统的节能技术

（一）对电机的分析。电机是我国工业当中不可或缺的一个重要设备，它的工作原理是：依照物理学上的电磁感应定律来实现电能的转换。它的作用是：利用电能来产生转矩，然后为各种机械设备提供动力源。

电机在我国各个行业当中都有应用，比如：（1）对各种材料进行精加工。（2）对物流进行快速的传输。（3）实现流动物体的运行过程。

（二）简析电机及其系统节能[1]的现状。就目前的形势而言，我国工业耗电的情况是非常严重的，比如：在2013年，我国工业整体的用电量就达到了总发电量的五分之三。而在这么一个庞大的用电量之中，就有很大一部分是因为电机自身的电能损耗而被浪费掉的。这些电能的浪费，不仅让我国陷入了一个电能贫瘠的困境，还对我国造成了巨大的经济损失。于是，为了有效的避免这些现象的发生，就必须要提高现有的电机及其系统的节能技术，以此来让电机在运行的过程当中，能够尽量减少电能的损耗。

（三） 分析我国目前的电机及其系统的节能技术[2]。电机及其系统节能工程的内容主要有以下五个方面：（1） 随着高科技技术的出现，一些更具有节能效力的机械设备也随之衍生出来。于是，这个时候企业就应该将之前效能比较低的机械设备撤掉，然后换入一些新型的并且具有高效能的机械设备。（2）提高整个电机及其系统的运行效率。（3）改变机械设备自身的运行方式。（4）改善电机及其系统的整体运行方式，并对它们进行实时的监控。（5）在对电机及其系统进行改造的过程当中，要加强对石油行业、机电行业、电力行业和煤炭行业的改造工作。

总的来说，建立一个完善的机电及其系统的节能工程，对整个工业来说是大有裨益的。因为它不仅能够有效地改善我国工业电能浪费的现状，还能够更进一步的提高我国工业的整体发展水平。

二、探究电机及其系统节能技术的发展

（一）试析变频调速节能技术的发展。电机的调速驱动装置可以分为两种：直流和交流。而目前，在电机的交流调速中应用的最为广泛的节能技术是变频调速节能技术。这种节能技术的优点有四个，它们分别是：（1），让电机调速驱动装置能够一直保持在一个相对稳定的运行状态当中;（2）让电机调速驱动装置可以进行无极调速的运行过程;（3）有效提高电机及其系统的启动能力;（4）大大减小了电机及其系统启动时所需要的电流。正是因为变频调速节能技术具有这些优点，所以它在电机及其系统的节能方面是有着显著的效果的。而普通的变频调速技术只是单一的想要对调速进行控制，它对电机及其系统起不了任何的节能作用。于是，将变频调速节能技术应用到电机及系统当中，是目前比较能够有效改善电机及其系统电能浪费现状的途径。

（二）“空载降压”节能技术。在电机运行的整个过程当中，电机大部分的时间都没有实现满载运行，但此时的电压都始终处在一个极高的状态之下。这样一来，不仅会让整个系统陷入超负荷的状态之下，还会浪费掉更多的电能。于是，为了有效的改善这一现象，就要将“空载降压”节能技术应用到电机及其系统当中进来。

“空载降压”节能技术的原理是：当电机出现轻载或者是空载的时候，按照电机的实际运行情况对电压进行适当的调整。与此同时，定子铁所消耗的电量也会随着电压的改变而做出相应的改变。这样一来，就可以从很大程度上减少定子铁的电能损耗。

（三）如何让电机及其系统节能技术实现进一步的发展。现针对电机及其系统节能的发展进行分析，可以将促使其得到进一步发展的方法简单的例举出来：（1）对电机及其系统的所有设备进行全面的节能分析，然后针对节能效果比较差的设备来改善其相应的节能技术。（2）分析现有的电机及其系统节能技术，找出影響其节能效果的所有因素，然后对这些因素进行合理的分析和处理，以此来提高节能技术的效力。（3）将更具有高科技效力的新型技术应用到电机及其系统节能技术当中来，以达到提高电机及其系统节能技术效能的目的。

综上所述，电机及其系统节能是我国工业能够实现高效益运行的前提条件。但目前，我国电机及其系统的节能效果却远远没有达到国家的要求，这就使得电机在实际运行的过程当中，还是浪费掉了许多电能。于是，为了有效的降低电机及其系统电能的浪费量，也为了提高我国工业的整体发展水平，就必须要严格的按照国家的要求，建立起一个完善的电机及其系统节能工程，然后再将更具有高效力的机械设备应用到电机及其系统当中，以此来促进电机及其系统节能技术的发展。

参考文献：

[1] 韩庆圆.电机系统节能技术在企业中的应用[J].民营科技，2014，（9）：75.

电机测速调速系统设计 篇4

基于触摸屏和PLC的三相异步交流电动机调速系统在生产生活中有着广泛的应用前景, 本项目主要研究内容有:通过触摸屏或PLC实现三相异步交流电动机的启动、停止、正转、反转、测速及调速。实验结果表明:以触摸屏为基础的人机友好界面, 能够方便完美地实现对电动机转速的测控。

1 系统设计总体方案

此系统包括触摸屏模块、可编程控制器模块、D/A模块、变频器模块及转速传感器模块。计算机下载程序进入触摸屏和PLC, 由触摸屏或计算机输入一定转速, 控制PLC使其通过D/A模块将电压变化的信号传递给变频器, 进行电机的无级调速。通过联轴器与轴相连的转速传感器模块将输出量反馈给PLC (图1) 。通过PID控制器构成的闭环控制系统, 极大地增强了此系统的稳定性、准确性和快速性。

2 硬件系统构建

2.1 PLC的选择

本项目选用的PLC型号为西门子CPU224XP, 其上集成了14输入/10输出共24个数字量I/O点, 满足需要, 电压调节范围为-10~10 V, 分别对应数字量-32 000~+32 000。CPU224XP自带的模拟量模块, 可以将CPU224XP的模拟量输出端子与变频器的模拟量端口相连, 通过变频器实现调速;具备PID自整定功能, 构成闭环系统;此外, CPU224XP有两个通信口, 执行程序时分别与PC和触摸屏建立通信, 带来了诸多便利。

2.2 触摸屏的选择

本项目选用的触摸屏型号为Smart700IE, 此触摸屏具有800×480dpi宽屏显示设计, 分辨率较高;具备强大通信能力, 通信速率甚至可高达187.5kb/s;其上LED背光, 节能降耗, 帮助延长触摸屏的使用寿命;集成有高性能处理器、高速外部总线及64M DDR内存, 处理数据快, 画面切换速度快;质量高, 且价格在可承受范围之内;工业设计理念较先进;内部电源设计可靠。此外, Smart700IE除有一个PORT插口外, 还有一个以太网接口, 这样就可用PORT口与PLC通信, 用以太网口和PC通信, 且以太网口的传输与通信速度比较快。

2.3 变频器的选择

变频器SINAMICS V20非常适合小型的实验平台, 是连接PLC与交流电机的中间桥梁, 是实现变频调速的主要部件, 其具有以下优点: (1) 易于安装, 无需额外组件即可正常运行; (2) 易于使用, 无需调试软件; (3) 通信灵活, 调试方便, 制动高效; (4) 性能稳定可靠, 经久耐用; (5) 节能环保, 内置节能模式, 通过自动调节磁通电流实现节能。

2.4 三相交流电动机的选择

本项目所用三相异步交流电动机型号为YS6314, 额定电压220V, 额定功率0.12kW, 具有结构简单, 价格便宜, 运行可靠, 过载能力强, 使用、安装、维护方便等优点。

2.5 光电编码器的选择

选用型号为HN3806-400-AB的光电编码器, 它与轴相连, 通过光电转换将转轴上的机械几何位移量转换成脉冲量或数字量, 通过连续10次计算每50ms时间内的平均脉冲值求得电机转速。由于光电编码器自身构造的独特性, 由光码状态的变化就可以确定电机转向。

3 软件设计

3.1 测速功能

测速过程中使用到了PLC中的高速计数器功能, 高速计数器响应速度快, 计数频率高, 高速计数器以中断方式工作, 与扫描周期无关, 因而不会受到扫描速度的制约。所使用的CPU224XP含有6个高速计数器HCS0~HCS5, 共有13种模式, 我们采用的是高速计数器0即HCS0的模式0, 通过将16#FC写入到存储区SMB37, 将0写入到SMD38来设置这个模式。

用联轴器与电动机转轴相连的光电编码器通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲, 同时PLC中的高速计数器对编码器发出的脉冲信号进行计数, 采样时间采用的是定时中断1, 设定采样时间为50ms, 编码器连续反馈10次脉冲并求得平均脉冲值, 通过这个测得的脉冲数就可以计算出每分钟电机的转速。查得电机转轴每转一圈, 所用编码器会发出400个脉冲, 具体计算如下:设定在一个采样周期内平均测量得到x个脉冲, 则转速为[60×x/ (50×0.001) ]/400r/min。

3.2 闭环控制功能

在转速控制要求比较高的场合, 开环控制无法达到要求, 必须加反馈, 构建闭环系统, 如图2所示。

本系统的控制器采用的是PID控制器, PID即比例—积分—微分控制, PLC中集成了专门的PID控制指令, 能够实现转速的精确控制。

3.2.1 比例控制

以设定转速为700r/min为例, 先将Ti参数值置为无穷、Td参数值置为0, 进行纯比例调节。将比例增益Kp由0逐渐加大, 直至系统出现振荡;再反过来, 从此时的比例增益Kp逐渐减小, 直至系统振荡消失, 记录此时的比例增益Kp。为了减小误差重复试验, 最终确定Kp=1.5是系统稳态临界值。根据经验, 取0.65×Kp=0.97为该系统的比例增益。在调节过程中发现:在系统稳定的情况下, 比例系数Kp增大, 会使系统反馈速度上升加快, 有利于减小稳态误差, 提高控制精度;但随着Kp增大, 系统响应过程中的振荡次数会增多, 调节时间会加长;当Kp值过大时, 系统将发生振荡现象。

3.2.2 积分控制

将比例增益Kp降为原来的80%, 设定Ti参数值为无穷大, 再逐渐减小至0, Ti越小, 积分的控制作用越强, 使系统趋于稳定所需时间越短。例如:将Ti值设置为0.01 min和0.5 min时, 两者相差较大, Ti=0.5min时与Ti=0.01min时相比, 积分作用对系统的性能影响要小, 超调量要小, 所需调节时间要长, 不利于消除系统稳态误差, 难以获得较高的控制精度。通过多次试验, 最终取Ti=0.01min, 系统基本趋于稳定。

3.2.3 微分控制

微分的加入要比较谨慎, 加入D后系统易引入高频干扰, 但PI控制器在本系统中的动态特性不是很理想, 有时会出现小幅度的振荡, 于是加入微分作用, 当Td为0.01min时, 不管设定转速如何变化, 系统都会趋于稳定。除此之外, 还发现了一个细微的现象, PI控制下的超调量略大于PID控制下的超调量, 阶跃峰值两者相差25r/min左右, 说明了D环节的加入可以产生具有预见性的超前调节作用, 在偏差产生之前就能将其消除, 减少超调量和调节时间。PID控制效果如图3所示。

由PID参数调节得出了这样的结论:比例增益的大小与系统稳定性成正相关, 比例增益Kp过大, 虽然偏差会变小, 但会导致系统稳定性下降, 严重时会造成系统的不稳定。积分控制和惯性控制相似, 属于滞后校正, 能消除稳态误差, 但牺牲了系统的快速性。微分环节是具有预见性的超前校正, 改变的是系统的动态特性, 在比例微分控制都已经调试好的情况下仍然出现振荡, 可加入微分D构成比例—积分—微分控制, 以更加完美地实现系统稳定性、准确性和快速性的有机统一。

4 触摸屏人机界面设计

触摸屏部分初步分为三个界面, 第一个界面为开机欢迎界面;第二个界面为系统的主要控制界面, 用以实现整个系统的启动/停止、电机正反转的选择、预期速度的设定等功能;最后一个界面如图4所示, 实现的是PID参数的调节, 画面中有趋势图, 可直观地看出电机速度的变化, 以便调节P、I、D这三个参数。

5 结语

综上所述, 基于PLC和触摸屏的三相异步交流电动机的变频调速系统是一个涉及多种器件并运用综合知识体系完成的一个项目, 采用触摸屏人机界面的良好交互性, 使得操作员能更加方便快捷地进行操作;利用了PLC的各项强大功能, 实现了对电机参数的测量和控制。除触摸屏的直接调控外, 也可通过PC对PLC的控制实现调控, 具有极强的纠错功能, 为操作员的及时监控和参数修改提供了快捷途径。

参考文献

[1]潘波.变频调速三相异步电动机的设计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2004.

[2]孙晓明, 吴震, 宋宝宁.PLC电机转速测量系统设计与实现[J].工业仪表与自动化装置, 2015 (1) :25-26.

[3]高玉芹.电机转速的高精度快速测量[J].自动化与仪表, 2000, 15 (6) :41-44.

电机传动系统 篇5

电气工程及自动化

开关磁阻电机数字控制系统设计

一、前言

开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。开关磁阻电机具有很大的发展潜力。

二、主题

（一）、开关磁阻电机的发展概述

“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar

1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。

1984年开始，我国许多单位先后开展了SR

电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。近年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了

3KW、6KW

及

7.5KW

三套原理样机，电机采用的是风冷形式。但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。

（二）、开关磁阻电机的优缺点

开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。

其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。

（1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。

（2）易于实现各种再生制动能力。

（3）定子线圈嵌装容易，热耗大部分在定子，易于冷却，效率高，损耗小，允许有较大的温升。

（4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于危险环境，控制灵活。

（5）调速范围宽，控制灵活并且输出效率很高。

（6）电机的绕组电流方向为单方向，控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性，转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。

其主要缺点为转矩脉动大、需要根据转子与定子相对位置投励、必须与控制器一同使用才能稳速运行、主接线数随着相数的增多而大量增多。

（三）、基本内容

功率变化器在SRD中占的比重非常的大，因此合理的设计功率变换器是提高SRD性能跟价格的关键之一。从功率变换器与电动机结构匹配、效率高，控制方便，结构简单、成本低的要求出发，一个理想的功率变换器应该具备如下条件：

（1）最少数量的主开关器件；

（2）基数相和偶数相的SR电机都适合用；

（3）所有的电源电压都可以加到相绕阻上；

（4）主开关器件的额定电压接近电动机额定电压；

（5）相绕阻电流变化速度快；

（6）通过主开关器件调制，能够有效的控制相电流；

（7）绕阻磁链减少的同时能够将能量回馈给电源。

具备以上条件的电路有很多。主要有每相只有一个主开关管的电路，据有最少数量主开关器件的功率变换电路。

3.1每相只有一个主开关管的电路

每相只有一个主开关管的电路包括双绕阻功率变换器、采用分裂式直流电源的功率变换器、带储存电容的功率变换器和再生式SR电动机功率变换器。

双绕阻功率变换器要求SR电动机每相有一个二次绕阻与一次绕阻完全耦合器主开关器件装置的额定电压至少是电机绕阻额定值的两倍，因此未能用足主开关器件的额定电压，另一缺点是铜线的利用率低。但是就逆变电路而言它是经济的。

采用分裂式直流电源的功率变换器这种功率变换器中电容量和电源电压的定额将显著增加。为了保证三线电源两侧的负载相等，使上下臂各相工作电压相等，采用这种功率变换器方案只适用于偶数相的SR电机，这种方案对蓄电池供电系统是十分合适的。

带储存电容的功率变换器根据能量回馈电源的方法不同可以有如下几种方案：1、利用谐振回收能量2、利用阻尼回收能量3、利用斩波器回收能量。其各有优缺点。

3.2具有最少数量主开关器件的功率变换器

它是在不对称半桥电路的基础上发展起来的一种新的少主开关器件的功率变换电路它保留了桥式电路的所有优点但所用的每相主开关可以少于两个。但是主开关的工作状态必须根据与其连接的所有相绕阻的电流来决定，所以必须提出对所有相电流独立控制的主开关器件策略，同时SR电机相绕阻接至功率变换器的方式必须加以限定。

电流检测电路用来检测定子绕组的电流大小，将其反馈到控制器中。四相电机可以采取A/C、B/D共用一套电流传感器，SRM功率变化器输出的相电流是单向的，可以用电阻采样，直流电流互感器，霍尔元件采样，磁敏电阻采样。

位置检测的目的是确定转子定子的的相对位置，即要用绝对位置传感器检测定子的相对位置，然后将信号反馈到逻辑控制电路，以确定对应相绕阻。通过电机四相绕阻的不同位置可以判断出转子的相对位子，从而达到检测转子相对位置的目的。

数字控制电路完成象限控制软起动等其他控制功能。通过单片机能实现非常多的控制功能，灵活性好、智能性好，但它也是有缺点的，就是系统响应速度受到单片机速度的影响。

（四）、开关磁阻电动机的数学模型

开关磁阻电动机控制参数多，数学模型十分复杂。为了降低难度，对开关磁阻电动机采用简化、线性化或准线性化的分析方法，以便建立比较准确的开关磁阻电动机的数学模型。考虑了电动机的磁路饱和、涡流、磁滞效应等非线性的所有因素，可以列出一个很精确的数学模型，但是计算复杂很难用于仿真分析。因此，在建立开关磁阻电动机数学模型的时候，要在理论性和实用性上加以折中考虑。为了简化分析，做出如下的假设:

(1)主电路电源的直流电压Us恒定不变；

(2)主开关器件为理想开关，即导通压降为零，关断时流过的电流为零；

(3)忽略所有的功率消耗；

(4)电动机各相参数对称，忽略相间互感；

(5)在一个电流脉动周期内，认为转速恒定。

（五）、开关磁阻电机的应用

作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机愈来愈得到人们的认可和应用。目前已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中。下面介绍开关磁阻电机的一些应用实例。

5.1在电动车中的应用

电动车是解决世界能源危机，环境污染等重大难题的理想交通工具，是21世纪的高科技产品之一。目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁有刷及永磁无刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。矩脉动大，噪声大，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性这些是MRD的缺点。

5.2在食品加工机械中的应用

在食品加工机械中，开关磁阻电机显现出其独特的优势：体积小、不烧电机、没有或只有小的齿轮减速比、电机外形设计灵活，适应性好、能够安全停机、速度离散可选或者连续可调、易实现特殊要求的机械特性。开关磁阻电机结构、体积、特性上的优势非常明显，降低了电机成本，提高了产品的可靠性。

5.3在龙门刨床中的应用

龙门刨床是机械行业的一种重要加工机械，其主传动系统的作用是带动工作台实现往返运行。

实践证明，开关磁阻电机的特性特别适合于频繁起制动和换相运行，换相过程起动电流小，只有额定电流的0.5倍，起、制动转矩可调，因而工艺符合要求。轻型龙门刨床以往之所以取较低的速度是由于传动形式所限。当开关磁阻电机能满足提升速度的条件下，再加上主机也允许，提升速度和切削能力是绝对合理的。实验证明，将机床速度提高到40m/min以上，机床系统刚性满足，这样可以使刨床的生产效率提高一倍。

（六）、开关磁阻电机的发展趋势展望

1、数学模型的研究

数学模型是控制理论应用的基础。在以往的研过程中，人们已经提出了各种各样的开关磁阻电机的数学模。近年来，多维系统辨识、小波模型、神经网建模等各种建模理论发展迅速。SRM数学模型的研究也必定会得到快速发展。我们相信在不久的将来结合各种现代建模理论的SRM非线性数学模型将被提出。

2、非线性控制理论、智能控制理论的应用。近年来虽然些学者已将非线性控制理论和智能控制理论应用在SRM制系统中，由于控制理论所结合的控制策略还不完善，控制效果并不理想。可以预见，未来一段时间各非线性控制理论、智能控制理论，将与控制策略的究同步进行，它们将以更加有效的途径应用于SRM系统中。

3、高性能SRM驱动系统的研究

SRM具有体积小、重量轻、转矩/惯量比小等优点。但是，SRM的线性特性和转矩脉动难以抑制，使得以往SRM伺服驱动系统的研究进展较为缓慢。随着转矩脉动抑制研究的进一步发展以及人们对SRM非线性本质认识的加深SRM在伺服驱动系统中应用的研究必定会得到空前的发展。

三、小结

目前，人们已经提出线性、准线性、非线性等多SRM数学模型，在此基础上结合各种各样的消转矩脉动的控制策略，将线性控制理论、非线性控理论和智能控制理论应用于SRM的控制器设计，已经取得了丰硕的成果。但是，在SRM控制领域研究还远未到完善的程度，未来一段时间，SRM制技术将在数学模型、控制策略、控制理论应用以高性能驱动系统开发等方面，继续得到发展。

四、参考文献：

[1]唐小洁,邓智泉,曹鑫,王晓琳.开关磁阻起动／发电机数字控制系统设计[J].南京航空航天大学,1993.[2]詹琼华.开关磁阻电动机[M].武汉：华中理工大学出版社,1992.[3]王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术.北京：机械工业出版社,1999.7:27-28,65-75

双电机伺服驱动系统的建模与仿真 篇6

摘 要：精密测量雷达伺服系统通常采用典型的三环控制，从外到内依次是位置环、速度环、电流环，伺服驱动系统指的是速度环以内的部分，是伺服系统的基础。利用MATLAB/Simulink的辅助设计和强大仿真功能，对某雷达所采用的双电机伺服驱动系统进行了环路分析和建模，并进行了仿真试验，得到了系统动态的响应效果。该仿真方法为不同状态和参数下的伺服系统性能分析提供了科学的依据。

关键词：雷达伺服系统；电流环；建模；仿真

中图分类号：TM359.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0072-02

1 概 述

伺服系统是精密测量雷达进行实时捕获、跟踪空间目标的重要组成部分，其性能好坏直接影响雷达跟踪的稳定性和跟踪的精度。雷达伺服控制通常采用典型的三环控制，从外到内依次是位置环、速度环、电流环，伺服驱动系统指的是速度环以内的部分，是伺服系统的基础[1]。伺服系统设计完成后，其参数设置及负载特性等通常情况下均已固定，但实际应用的过程中，由于环境因素、设备改造或设备器件性能变化，不可避免出现系统参数及负载特性发生变化的情况。为了满足任务需要，伺服系统就需要具有高测量精度和高动态性能。而MATLAB/Simulink的控制模块是针对控制系统开发设计的，具有动态建模，仿真，综合性能分析的软件包。利用该软件包对系统进行建模和仿真，可为伺服系统不同状态和参数下的设备性能分析提供科学的依据[2-4]。

2 控制对象特性分析

控制对象是控制系统的重要组成部分。分析控制对象，取得控制对象的数学模型，是进行伺服系统分析的基础。

3 双电机驱动系统环路分析及建模

在采用单速度环的双电机驱动系统中，同一天线轴上的两台电机电流环共用一个速度环，环内只有一个速度调节器，速度反馈信号取自两台电机测速机输出之和后，与输入速度指令比较，经过并联PID调节器、加速度限制等形成电流指令送各电机控制器中的电流环路，经环路调节、整流放大后驱动相对应的电机，其原理如图1所示。

3.1 电流环

在双电机驱动系统中，两个电流环是相同的。理论分析和实践都证明：当电流环的开环增益足够高且时间常数之和足够小时，直流电动机自身的反电势反馈以及反电势补偿对电流环的影响均可忽略不计，而这两个条件在实际系统中并不难满足，因此没有必要仅仅为了设计电流环去推导反电势补偿环的传递函数。

3.2 速度环

力矩偏置和差速振荡抑制只是为了改善系统性能，并没有改变系统的特性，因此可对它不予考虑。而对于双电机驱动，电流环相同，并由两测速机反馈信号求和后统一进行速度环增益和PID调节，因此可合二为一。

4 环路仿真

本文利用MATLAB/Simulink的辅助设计和强大仿真功能，以方位支路为例对某雷达所采用的双电机伺服驱动系统进行了仿真试验。

4.1 负载特性

4.2 电流环仿真

通过MATLAB进行仿真验证，上升时间约为15 ms，超调量为15%，振荡次数0.5，带宽为25 Hz，不会给速度环带来过大的滞后，与系统的实际情况相符。电流环的特性主要体现在负载变化例如阵风等的影响，环路带宽越大，对负载变化的反应越迅速。

4.3 速度环仿真

通过MATLAB进行仿真验证，上升时间约为200 ms，超调量为10%，振荡次数0.5，带宽为2 Hz，并且可以明显看出由于结构谐振引起的爬坡现象，与系统的实际情况相符。

MATLAB仿真测试结果，上升时间、超调量变化不大，即速度环带宽变化较小，但闭环增益由23降为20，振荡次数为1，过渡过程中有产生振荡的趋势，即测速机反馈系数的变化需控制在一定范围内，否则将导致天线振荡。

5 结 语

本文对双电机驱动系统进行环路分析和建模，并对电流环和速度环分别进行了仿真试验。本仿真测试方法对分析伺服系统不同参数和负载特性下的性能研究具有积极作用，结合后续任务需要，相关研究仍需进一步继续和深入。

参考文献：

[1] 蒲迎英.统一微波测控系统测角分系统讲义[M].西安：电子工业部第三十九研究所，1996.

[2] 忽麦玲，张光辉，卫平，刘兴松.双电机驱动伺服系统的建模与分析[J].火炮发射与控制学报，2007，（2）.

[3] 李琼，王少萍，梁磊.光控伺服系统建立建模与仿真[J].压电与声光，2007，（2）.

[4] 潘高峰，周江.船载雷达伺服系统的建模和仿真[M].北京：电子工程师，2007.

[5] 魏巍.MATLAB控制工程工具箱技术手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

电机传动系统 篇7

关键词：风力发电机,运行维护,日常检查

现今社会大气污染问题日益严重, 而传统的发电形式主要为火力发电, 燃烧产生的CO2排放到大气中, 已经成为了主要的大气污染源。风能是一种低碳、绿色的可再生能源, 利用风能发电是减少碳排放的一项新兴能源技术[1]。

风力发电机是集机械、电气、空气动力学等相关学科于一体的综合性科技, 其各个部件之间都是紧密联系、缺一不可, 是不可分割的有机整体。风力发电机性能的好坏与发电额及生产成本等经济利益有着直接的联系, 必须对其进行维护检修以保持性能[2]。日常维护工作可以及时发现风力发电机的故障并进行故障排除, 大大减少了风力发电机产生故障的频率, 提高风力发电机组的工作效率, 延长风力发电机的使用寿命, 这是保证风电场正常运行的必要手段。

在风力发电机组发生的故障中, 电气系统和控制系统故障率是最高的, 相对来讲传动系统的故障率较低。但是电气系统和控制系统产生的故障比较容易排除, 停机时间较短, 维护费用较低。而机械传动系统产生的故障维修不便, 更换零部件需要使用吊车等辅助工具, 停机时间较长, 维护费用较高, 所以对于传动系统的日常维护, 减少传动系统发生故障的几率是尤为重要的[3]。本文主要介绍对传动系统中的主轴、齿轮箱、联轴器及制动器等主要组成部分进行日常检查及维护方法。

1 主轴系统的日常维护

主轴系统一般在安装后3个月、6个月、12个月进行检验。其主要维护工作为:

主轴轴承需检查外观有无油脂溢出;油管在机架上的固定是否牢靠;油管接头是否卡住;油嘴是否堵塞。

需手动加注油脂, 如有油脂溢出, 将废弃油脂排出, 用抹布抹净。每月加注润滑油脂380~520g, 每季度800~900g。

主轴承温升要小于60℃。

检查主轴温度传感器接线有无松动、信号是否正常。

检查主轴承座安装螺栓的紧固力矩, 按照紧固力矩为2 466Nm。

检查主轴润滑泵接线有无松动, 油脂是否足够。

主轴技术用接近开关安装座固定螺栓有无松动, 开关与技术盘距离2~4mm, 接线有无松动, 信号是否正常;

确保防雷碳刷架安装螺栓无松动、碳刷与主轴接触良好、防雷导线安装螺栓无过量磨损。

检查主轴承座前后端盖固定螺栓, 紧固力矩为500Nm。

检查主轴与轮毂连接螺栓, 紧固力矩为2 466Nm。

主轴承座温度传感器探头与轴承外环接触状态无间隙, 接线无松动。

主轴非工作表面漆膜无肉眼可见裂纹, 主轴承座与底架接触部分无肉眼可见明显位移。

主轴空载运行无异常噪声。

定位销端面与主轴定位盘端面相对位置间隙不小于10mm。

主轴与增速箱连接沿圆周无肉眼可见位移。

机械零件表面肉眼检查无锈蚀。

检查主轴润滑系统接线有无松动、信号是否正常。

2 齿轮箱的维护

齿轮箱一般在安装后3个月、6个月、12个月进行检验。

对齿轮箱进行任何维护和检修, 必须首先使风力发电机停止工作, 各制动器处于制动状态并将叶轮锁定。如特殊情况, 需在风力发电机处于工作状态或齿轮箱处于转动状态下进行维护和检修时 (如检查轮齿啮合、噪声、振动等状态时) , 必须确保有人值守在紧急开关旁, 可随时按下急停开关, 使系统制动。当处理齿轮箱润滑油或打开任何润滑油蒸汽可能冒出的端盖时, 必须穿戴安全面具和手套。

齿轮箱收缩盘安装螺栓按2 466Nm力矩抽检5%螺栓, 如有1个螺栓松动, 则检验所有螺栓。在螺纹处涂二硫化钼润滑脂, 检查时使用力矩扳手。

齿轮箱表面及各结合面:

第一, 检查齿轮箱表面的防腐涂层, 如有脱落现象, 应及时修补。

第二, 检查齿轮箱表面清洁度。如有污物, 用无纤维抹布和清洗剂清理干净。

第三, 检查齿轮箱低速端、高速端、各联结处是否有漏、渗油现象。

齿轮箱空载运行噪声和内部齿轮的检查无异常噪声, 首先将视孔盖及其周围清理干净, 然后用扳手打开视孔盖。通过视孔盖观察齿轮啮合情况、齿面情况 (齿面疲劳、胶合等) 、目测润滑油油色及杂质情况、腐蚀、点蚀、断齿、微型点蚀、齿接触强标记、撞击标记。

齿轮箱油品质量每6个月或运行2 500h取样检查:油中无水或乳状物, 与标定黏度相比差值不超过20%或不减少15%, 油中不溶解物不超过0.2%, 无变质现象, 添加剂成分不应有下降。齿轮箱过滤器压差传感器压差<3bar, 齿轮箱油池温度<75℃, 高速轴轴承温度<90℃, 内齿圈螺栓用规定扭矩检查无松动[4]。

检查各油管、接头、轴头以及端面是否有渗漏现象;检查各排油口, 特别是自端盖回箱体的回油;检查端盖处密封圈是否损坏;检查润滑系统中溢流阀是否损坏, 端盖处是否有碰伤, 螺栓是否损坏, 齿轮箱油位是否过高。

按规定力矩检验减振器座的连接螺栓, 扭矩臂位于减振器座中间位置两侧间隙对称, 减振器位于座体内无轴向移动现象, 齿轮箱通气帽内干燥剂是否失效, 机械零件表面肉眼检查无锈蚀, 接地导线无破损、固定螺栓无松动, 齿轮箱油泵电机接线是否松动、表面有无破损。

检测齿轮箱上所有的温度、压力传感器, 查看其连接是否牢固。并通过控制系统测试其功能是否正常。如传感器失灵或机械损坏, 立即更换。

温度传感器的拆卸和更换步骤如下:

第一, 确认系统已经处于安全状态, 系统已经完全断电。

第二, 拔下传感器的接线端子。

第三, 将旧传感器从安装位置拔出, 将新的传感器插入安装位置。

第四, 清理接线端子。

第五, 将接线端子插到传感器前端部。

检查电加热器是否损坏。短时间启动齿轮箱加热器, 测试加热元件是否供电 (用电流探头测试) 。油位传感器接线有无松动, 齿轮箱辅助接线盒内接线有无松动。

3 联轴器及制动器的检查

安装后3个月、6个月对联轴器进行维护和检修, 首先必须使风力发电机停止工作, 各制动器处于制动状态并将叶轮锁锁定。如特殊情况, 需在风力发电机处于工作状态下进行维护和检修时, 必须确保有人值守在紧急开关旁, 可随时按下开关, 使系统制动。为保证联轴器的使用寿命, 必须每年进行2次同轴度检测。轴的平行度误差:±0.2mm, 如误差超出±0.2mm, 必须重新进行调整。联轴器制动盘端面跳动≤0.15mm, 联轴器表面以及制动盘表面的检查:

第一, 检查联轴器表面的防腐涂层是否有脱落现象。

第二, 检查联轴器表面清洁度。如有污物, 用无纤维抹布和清洗剂清理干净。

第三, 制动盘表面无油污、裂纹。

检验联轴器过载保护机构标记有无过载现象, 导电滑环安装牢固、无松动、表面无破损, 机械零件表面肉眼检查无锈蚀, 滑环接线及屏蔽有无松动、破损, 滑环滑道有无磨损[5]。

高速轴制动器风机运行后3个月, 每6个月检查。制动器安装螺栓按2 466Nm力矩检验。

制动盘两侧对称, 当每片摩擦片磨损了5mm厚度后必须更换。应测量摩擦片的厚度:所有的摩擦片是由钢质底板和摩擦材料层组成, 总厚度为32mm。当检测到底板和摩擦材料层的总厚度为27mm时, 摩擦片必须更换。摩擦片包装在密封的塑料袋里, 在安装之前请不要打开包装以防污染。小心保护摩擦片免受油污污染, 即使少量油污也能大大降低摩擦系数。

第一, 拆下显示开关。

第二, 拆下主动钳和被动钳的摩擦片复位弹簧和螺栓。

制动器油管及接头无破损、松动、漏油, 制动器摩擦片厚度不小于最小允许厚度, 机械零件表面肉眼检查无锈蚀。

4 结论

本文介绍了风力发电机传动系统的维护技术, 加强风电场对风力发电机日常维护管理的重视, 可以减少风电场维修费用, 节省开支、降低成本, 减少故障隐患、防患于未然, 是加强风电场企业竞争力、促进风力发电事业发展的有效方法。

参考文献

[1]张曙光.风力发电机的日常维护[J].电机技术, 2012, (5) :25-27.

[2]赵子丰.风力发电机组实时状态监测及预防式维护[J].机电技术, 2012, (6) :81-84.

[3]苏连成, 李兴林, 李小俚, 等.风电机组轴承的状态监测和故障诊断与运行维护[J].轴承, 2012, (1) :47-53.

[4]Luisa F V, Aníbal Reones, Jose R.Peránand Luis J.De Miguel.Angular Resampling for Vibration Analysis in Wind Turbines Under Non-linear Speed Fluctuation[J].MechanicalSystemsand Signal, 2011, 25 (6) :2157-2168.

电机传动系统 篇8

多电机同步传动在工业生产中应用非常普遍,随着自动化技术的提高,伺服控制技术的成熟和适用范围的扩大,利用PLC对伺服控制器进行控制,可以满足传动系统的不同要求。Lenze93xx系列伺服控制器具有丰富的接口,使用不同的现场总线模块可实现不同的控制模式。控制器连接旋转变压器(resolver)或编码器(encode)构成闭环误差控制随动系统,作高精度的速度控制或位置控制,其结构简单、动态响应速度快、控制精度高、工作可靠,可实现角度和速度同步(随动跟踪)、收放卷控制等复杂的伺服控制任务,广泛应用于数控机床、纺织印染、造纸、玻璃纤维湿法毡等行业。

2 机组同步传动系统组成

湿法毡机组用于玻璃纤维非织造物(fiberglass nonwovens)系列产品生产,其生产工艺过程类似于传统的造纸工艺,分为湿部和干部,湿部包括上浆、湿毡成型、湿毡浸胶和湿毡预烘干(烘干区前半部);干部包括烘干固化(烘干区的后半部)和卷取。由于生产过程的连续性,要求各传动单元毡材输送线速度同步,湿部毡材必须是零张力,否则湿毡会因受力产生裂痕或被拉断;干部的卷取传动单元不但要参与机组的同步运行,同时还需满足卷取张力控制,这样才能保证卷筒密实平齐,达到满意的卷绕效果。毡机组有5个单元共7台电机参与同步传动运行,图1为机组同步传动系统示意图,图1中烘干网电机M0、浸胶网电机M0-1、 成型网电机M0-2和加筋机电机M0-3为主机传动部分, 其中烘干网为主令单元。为保障设备安全运行,满足生产工艺要求,在烘干网带、浸胶网带和成型网带处分别安装有电动或气动纠偏装置。卷取部分包括牵引辊驱动电机M1和卷绕轴Ⅰ,Ⅱ驱动电机M2和M3。所有同步电机均采用带有旋转变压器SC的Lenze专用变频电动机。为保证分部传动单元速度同步的一致性,在浸胶网与烘干网间,成型网与浸胶网间分别安装有激光测距仪(sag),实测毡环数值变化。卷取部分的速度来自机组主令单元速度且跟随变化,卷取和烘干炉两工序间装一浮动辊装置用于调节毡材同步运行。

机组中各传动单元的负载和驱动辊直径不同,其电机功率及减速机的传动比也各异。主机部分设计最高车速200m/min,卷取机最高车速120m/min,机器运行速度范围12～120m/min;其中车速12～30m/min的范围主要用于每次开机时,将毡从成型网带逐级引导到卷取单元,并使各单元运行协调,属于爬行阶段为速度控制,爬行结束后,车速渐升至产品工艺要求的参数运行即进入运行阶段,这时主机部分仍为速度控制、动态跟随,而卷取部分自动切换为速度+张力控制,进行渐减张力卷绕。

3 主机同步控制策略及实现

主机同步控制系统由监控计算机、PLC、伺服变频器和传感器等组成。监控计算机是1台工业控制PC机,主要功能是对现场参数进行设置,通过Profibus现场总线网络实时获取现场数据。PLC采用S7-315 2DP,作用是面向生产过程,进行现场数据采集和控制,其数据交换通过Profibus总线送到监控计算机。主机中的烘干网、浸胶网和成型网控制器FM0,FM0-1,FM0-2选用Lenze9326高性能伺服变频器,加筋控制器为Lenze9323伺服变频器。控制器配合交流伺服电机、减速器构成的交流伺服驱动系统,反应速度快、精度高、动态响应好,可实现分部传动单元的速度同步随动跟踪。

3.1 CAN总线同步控制的实现

分部传动的控制原理是保持速度级联、高速传输和动态跟踪。主机4台控制器通过集成的CAN总线串联组成一个小型现场总线控制系统如图2所示。

总线传输介质为双绞线,负载连接在CAN-HI和CAN-LO之间,在串联CAN网络的第一个和最后一个控制器上分别接120Ω终端电阻,该阻值等于信号线的特性阻抗值,如果阻抗不匹配,有可能降低数据的有效传输。

CAN总线控制系统中烘干网控制器FM0为主令单元(Master),机组的运行速度由主令单元决定和调整,其余单元为从动单元(Slave),主令单元的速度通过集成的CAN总线网络依次传送给从动单元控制器FM0-1,FM0-2和FM0-3。为实现4个分部传动单元的速度传递,通过操作模块9371BB或运行GDC软件对CAN总线网络中的每个控制器需进行必要设置。包括设置控制器的CAN地址:C350/000;控制器网络的“主(Master)”“从(Slave)”运行方式C0352/000,当C0352/000=1为Master, C0352/000=0为Slave;事件触发的循环过程数据信道CAN-IN2的地址:C0354/003及CAN-OUT2的地址:C0354/004。主机传动控制器网络配置见表1。

从表1中可知,控制器分配网络地址为连续上升的地址号,一旦数据对象触发,控制器就可以通信并且能够通过GDC软件访问所有Lenze控制器参数,控制器间的数据交换无需上位机参与。网络事件触发的循环过程数据通道CAN-IN2和CAN-OUT2是Lenze9326控制器的功能块,用于控制器之间的数据交换,一个控制器的CAN-IN2在一定条件下可以接收来自另一控制器CAN-OUT2发出的数据,收发均可为8个字节数据,其中1,2,3,4字节可用于32位二进制信号或2个准模拟信号或1个32位双字相位信号。该网络使用CAN-IN2.W1和CAN-OUT2.W1传输模拟信号。生产中操作员根据生产工艺要求,通过PC机组态界面设定主令单元的速度(4～20mA),该信号由PLC的模拟输出端送至烘干网控制器FM0的X6/1,2端子,烘干炉控制器的CAN-IN2.W1接收速度指令。要实现网络数据的顺序传输,必须满足发送控制器的CAN-OUT2地址和标识(Id)与接收控制器的CAN-IN2地址和标识(Id)相同,同时满足数据传输附加条件。4台控制器数据传输方式如下:

CAN-OUT2.W1(FM0)→CAN-IN2.W1(FM0-1)

CAN-OUT2.W1(FM0-1)→CAN-IN2.W1(FM0-2)

CAN-OUT2.W1(FM0-2)→CAN-IN2.W1(FM0-3)

控制网络是基于CANopen总线协议,波特率为1Mbit/s时,最长达25m;波特率降低可长至1km ,数据输送可靠。 值得注意的是:当CAN总线网络中的某一控制器断电时,烘干网带控制器必须断电后再次送电,否则通信不能完成。

3.2 成型网、浸胶网同步分析及调整

Lenze伺服控制器集成CAN总线网络控制模式,实现了分部传动同步变频调速,所有网带几乎同一速度运行。然而因事件触发数据传输有20ms延迟,当主令单元FM0加减速时,会引起网带间的湿毡拉伸或松弛,出现毡面皱折、裂痕,甚至造成毡材断裂或者松垮,无法满足生产工艺的要求,保证产品质量。为防止湿毡不因主令单元加减速引起撕裂或堆积现象,在浸胶网带与烘干网带之间,成型网带与浸胶网带之间的毡材须留有一定的毡环,供速度同步跟踪调节用。并在浸胶网带和烘干炉网带间装有激光测距仪sag1,成型网带与浸胶网带间装有激光距离测距仪sag2,对网带间的毡环进行扫描,以实现从动单元的动态跟随。激光测距仪sag选用 OptoNCDT1400集成一体化产品,基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离,测量范围:200～2000mm,输出为4～20mA信号。激光测距仪sag1和sag2的扫描输出信号分别送给浸胶控制器FM0-1和成型控制器FM0-2的模拟量输入端X6/1,2,作为伺服控制器的速度辅助给定,辅助给定信号和CAN总线传输的主给定信号叠加(见图2),控制从动单元跟随主令单元。当毡环位置改变时,及时调节浸胶网和斜长网成型机的速度,确保浸胶网、成型网与烘干网速度的准确同步。图3为激光测距闭环控制原理图。

毡环调整是生产过程中的一个重要环节,毡环不稳会引起毡面皱折,需要对控制器参数进行必要的调整, sag1不稳时,调整浸胶网控制器

FM0-1的参数; sag2不稳时,调整成型网控制器FM0-2的参数。网带间的速度修正通过调整控制器代码FCODE 472/10的值来实现。网带间毡环的垂直距离调整通过修改代码FCODE 472/1的值来完成,调整时,在网带间放置一片薄毡,通过PC机的GDC软件查看功能块AIN1-OUT(FCODE 0400)的值,并将该值写入代码FCODE 472/1中,当薄毡毡环位置正确时,功能块ADD1(ADD1-OUT)输出值为零。功能块CONV2= C0945/C0946可以调节毡环(Δlevel)和速度(Δspeed)间的关系,改变level,则从动单元速度就会改变;当C0945/C0946的值大时,控制速度也就高。例如:当成型网带与浸胶网带间的level比标准高2%,那么,在同一时刻,成型网带的速度要比正常高2%,因此成型网带输送的薄毡相对就快,毡环sag 2就下降。通过对控制器参数合理地调整可以实现分部传动系统达到最佳的同步运行效果。浸胶和成型控制器功能块信号流程图中有1个软件电位器功能块(MPOT),它是一种模拟电动机电位器,引毡时毡环控制sag1和sag2不起作用,成型网与浸胶网处于速度开环控制,操作员手动调节OP面板毡环控制旋钮,寻找满足工艺要求的开环运行同步点,并将sag1和sag2的毡环值分别写入浸胶网与成型网控制器代码FCODE 472/1中,当毡环位置适中后功能块ADD1-OUT1输出的信号近似为零。这时,按下面板OP上的“网带闭环控制”按钮,浸胶网带和成型网带驱动就进入速度闭环控制状态。

3.3 加筋变频器参数调整

加筋装置只有在生产加筋产品时才投入同步运行。加筋纱经张力器穿入导纱管,在网前箱浆料湍流的作用下与浆料在斜长网成型机成型为加筋毡并输送至浸胶网。根据生产工艺要求为防止筋纱受力跳出毡面,加筋电机的速度应略高于成型网带的速度。图4为加筋变频器信号流程图。图4中速度设定调节功能块NSET 用于电机的速度控制,其中NSET-N为主速度设定值,NSET-NADD 为附加速度设定值,NSET-NOUT为速度输出。

加筋纱变频器FM0-3的速度信号CAN-IN2.W1来自成型变频器FM0-2的CAN-OUT2.W1的输出,此信号中包含有成型网变频器的速度主给定信号 +附加给定信号(毡环控制sag2信号)。为保证筋纱平直的镶嵌于湿毡之中,需要调整变频器FM0-3的速度偏移量FCODE 472/1、速度系数FCODE 472/2或附加速度FCODE 472/10的值以获得良好的加筋效果。

4 卷取同步控制的实现

卷取是湿法毡机组的最后一道工序,卷取单元中的牵引辊变频器FM1,卷取辊Ⅰ,Ⅱ变频器FM2,FM3均为Lenze9326伺服控制器。3台控制器的代码C0005=Common为修改的基本配置模式,使用旋转变压器反馈,旋转变压器信号可由数字频率输出端X10向从机输出。图5为卷取同步传动控制原理图,图5中卷取传动的速度信号来自于主机PLC 的模拟输出端口,信号大小与机组主令单元烘干网控制器FM0的速度相同,为4～20mA的电流模拟量。为了提高主令单元速度信号的抗干扰能力,该信号经过I/U变换,将4～20mA电流信号变换为0～10V的标准电压信号,然后送到牵引辊控制器FM1的模拟量输入端子X6/1 ,2,作为牵引辊电机的速度主给定。为保证毡材在卷取和烘干炉两道工序之间速度同步协调、及时跟随,两道工序之间装有一个浮动辊松紧架机构,自动保持相邻单元的速度一致。浮动辊的位置决定牵引辊的速度,如图1所示v1>v2,浮动辊下降,表明牵引辊速度慢,控制系统就会增大牵引辊速度使浮动辊位于中位;如v1<v2,浮动辊上升表明牵引辊速度快,控制系统就会降低牵引辊速度使浮动辊位于中位;v1=v2,浮动辊位置不变。正常生产中浮动辊只在中位附近一个很微小的范围内上下浮动(浮动量为25%)。当浮动辊上下移动时,将通过连杆使电位器旋转,改变电位器RP的滑动位置,在RP的滑动点上可获得与前后两单元的毡速差成正比的同步调节电信号,这里电位器RP选用无触点式电位器。电位器RP检测到的位置信号送至控制器FM1的模拟量输入端X6/3,4,作为速度辅助给定,并与主给定信号一同送入过程控制器(PCTRL1)进行PID运算,输出信号控制牵引辊电机运行。

牵引辊速度信号由牵引辊控制器FM1数字频率输出端口X10,经数频耦合不加修改地送入卷取辊Ⅰ控制器的数字频率输入端口X9,作为该控制器Ⅰ的速度主给定,同样卷取辊Ⅰ控制器的数频输出端口X10将同步速度信号,经数频耦合不加修改地送入卷取辊Ⅱ控制器的数字频率输入端口X9,作为该控制器Ⅱ的速度主给定。牵引辊控制器为转矩限幅的速度控制模式,牵引辊采用S型砂纸辊其作用是对烘干炉中的毡材施加牵引力,同时阻断卷取和烘干炉前后工序间毡材的牵拉作用,确保毡材从烘干网安全平稳源源不断地输送至卷取单元。卷取辊Ⅰ,Ⅱ伺服控制器FM2,FM3为速度限幅的转矩控制模式,运转速度来自牵引辊控制器FM1的X9端,张力辊检测到的实际张力经过F/U变换和放大器CV2003放大后,分别送至卷取辊伺服控制器FM2,FM3的模拟量辅助输入端口X6/3,4,实现张力闭环控制,通常卷绕部分的速度要稍高于机组速度,以满足卷绕张力控制要求。

5 结论

系统采用Lenze93xx系列伺服控制器集成CAN总线网络+毡环激光测距仪同步控制模式,数据传输速度快,可靠性高,抗干扰能力强,保证了主机4个传动单元同步恒速平稳运行,通过对控制器的参数调整实现了良好的动态自动跟随。卷取3个传动单元控制器采用数字频率输入X9/数字频率输出X10的接线方式,配合松紧架调节和张力闭环控制,较好地协调了卷取单元与主机部分速度同步,满足了卷取系统对张力的控制要求。生产实践表明:系统运行可靠、同步跟踪精度高、调速平稳、调整方便,完全满足湿法毡生产要求。

参考文献

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浅谈电机系统的选用 篇9

节能减排在当今世界是一个无法回避的话题, 其影响着世界经济的发展。作为节能减排重点的工业领域, 其中电机系统节能潜力巨大, 全球主要发达国家都将提高电机能效作为重要的节能措施。

1电机能效

我国2006年发布了电机能效标准 (GB18613—2006) , 近年来参照IEC标准组织进行了修订, 新标准 (GB18613—2012) 于2012年9月1日正式实施。按照国家新标准, 高效电机是指达到或优于GB18613—2012标准中节能评价值的电机。

电机能效标准如表1所示。

2高效电机

高效电机出现在20世纪70年代第一次能源危机时, 与一般电动机相比, 其损耗下降约20%左右。由于能源供应的持续紧张, 近年又出现了所谓超高效率电机, 其损耗又比高效电 机下降15%~20%。这些电机的功率等级与安装尺寸关系以及其他性能要求则与一般电动机相同。

我国目前广 泛应用的Y系列电动 机效率平 均值为87.3%;高效电机的效率平均值为90.3%, 超高效率电机其效率平均值为91.7%。

我国高效电机发展现状:

(1) 2003年Y3系列电机。从2002年底起淘汰热叠轧工艺, 停止生产热轧硅钢片, 设计了“以冷带热”的Y3系列电机。该系列电机采用冷轧硅钢, 全系列基本满足GB18613能效限值标准。

(2) 2005年高效电机 (IE2) ———YX3系列电机。中小型电机中满足GB18613节能评价 值即中国2级、IE2级的高效 电机。从导磁材料选择、冲片研究、通风改善等方面改进, 效率平均提高2.76%。

(3) 2010年超高效率电机 (IE3) ———YE3电机。针对美国2011年将在全球率先强制推行超高效率标准电机, 由国内电科所牵头, 研制开发超高效率电机系列产品。该电机损耗值比高效电机降低20%。

(4) 2012年超超高效电机 (IE4) ———YE4电机。针对新国标GB18613—2012要求, 由国内厂家开始试制。

3电机系统

电机系统是指由控制装置、电动机及其拖动的负载机械和管网等设备组成的系统。

3.1电机系统的基本要求

对供电电源质量的要求: (1) 电源电压与额定电压的偏差范围为-5%~5%。 (2) 三相电压系统负序分量不超过正序分量的1% (长期运行) , 或不超过1.5% (不超过几分钟的短时运行) , 且零序分量不超过正序分量的1%。 (3) 电源频率偏差不超过额定频率的±1%。

对电机系统功率因数的要求:应根据电机系统运行方式合理实施无功补偿, 补偿后设计工况下功率因数应不低于0.9。

3.2电动机选用的基本原则

(1) 匹配:电动机应与被拖动机械的负载特性相匹配。在满足负载要求的前提下, 经济合理地确定电动机的额定功率和类型。

(2) 电压:电动机的额定电压应根据其额定功率和所在系统的配电电压或供电电源的输出电压选定。

(3) 环境:根据工作场所的环境条件, 选择相应防爆型式、外壳防护等级和绝缘等级的电动机。

(4) 质量:电动机的一般性能、安全性能、防爆性能以及噪声和振动要求应符合相关标准。

(5) 连接:电动机与被拖动负载的转轴宜采用联轴器直接连接。

(6) 起动:起动方式应符合GB50055的规定。大功 率、高电压三相同步电 动机宜采 用无换向 器同步电 动机方式 进行起动。

(7) 转矩:堵转转矩、最大转矩、最小转矩、转速及其调节范围等, 应满足所拖动的负载在各种运行方式下的要求。

(8) 特殊要求:在有频繁起动、高起动转矩和冲击负载等特殊要求时, 可选用相应的专用电动机并进行转矩校验。

(9) 变化负载:对于有规律变化的负载, 应根据其工作制和定额, 按GB755选择相应工作制类型与定额的电动机。

(10) 调速负载:对于需要调速的负载, 宜根据调速范围、效率及长期经济效益等因素, 选择适合于调速方式的电动机。

3.3不调速电动机的选用

(1) 类型的选择。中小容量的机械负载, 当起动、制动比较频繁, 要求起动、制动转矩较大时, 应选用堵转转矩 大、堵转电流较小的笼型三相异步电动机。在堵转转矩不能满足要求时, 可选用高转差式三相异步电动机或绕线转子三相异步电动机。对于拖动风机、泵、压缩机的高压大功率电动机, 当在技术经济上合理时, 宜选用三相同步电动机。

(2) 额定功率的选 择。应使电动 机的平均 负载率不 低于60%。平均负载率低于50%时, 在改建和扩建设计中应更换成较小额定功率的电动机。额定功率大于250kW时, 宜优先选用高压三相交流电动机。连续运行、稳定负载时, 其额定功 率应大于负载轴功率。对于变工况连续工作, 应求出平均等效功率, 电动机的额定功率应大于等效功率, 并应对起动性能和 过载能力进行校核。对于短时或断续工作, 宜选用相应工作制的电动机, 并使电动机额定功率略大于负载的功率。也可选用连续工作制电动机来 替代, 电动机的 额定功率 应略大于 等效功率, 并应对电动机的起动和过载能力进行校核。

3.4调速电动机的选用

(1) 类型的选择。电动机的结构和性能应适合于变速运行要求。在采用变频调速装置进行调速时, 应选择适合于变频调速装置供电的电动机。在采用内反馈串级调速装置进行调 速时, 应采用定子有两套绕组的绕线转子三相异步电动机。机械负载只要求有两种或三种转速时, 可采用双速或三速三相异步电动机。

(2) 额定功率的选择。在负载对起动、制动和过载能力没有特殊要求时, 电动机的 额定功率 应等于或 略大于负 载轴功率。对于频繁起动、制动, 或者要求有 较高短时 过载能力 的负载, 应在满足最大转矩和起动转矩要求的前提下, 选择电动 机的额定功率。一般宜使电动机的额定功率大于负载轴功率。

3.5主要调速方式

电机系统进行调速设计时, 应根据负 载的类型、风 机或泵或空气压缩机的 特性、调速范 围、起动转矩、年 负荷曲线 等要求, 考虑寿命周期成本。根据寿命周期成本分析, 作出不同 方案的技术经济分析比较, 选择寿命周期成本最低的方案。厂房布置、电气布线、继电保护等应符合电机系统调速设计的要求。

(1) 变频调速:是改变电动机定子电源的频率, 从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变 频电源的变频器。

(2) 变极调速:是通过改变定子绕组极对数即改变定子绕组接线方式来改变旋转磁场同步转速进行调速的, 是一种无附加转差损耗的高效调速方式。通常双速电动机的定子是 单绕组, 三速和四速电动机是双绕组。

(3) 串级调速:是在绕线式电动机转子回路中串入一个与转子电动势相反的附加电动势, 可减少转子电流, 降低转子 的转矩, 同时可将电动机在调速时所产生的转差功率送回电网以实现平滑调速和节电。

(4) 开关磁阻调速:由电动机和控制器组成, 电动机内安装有位置传感器, 控制器由功率电路和控制电路等单元组成。

4结语

矿山电机系统节能改造方案 篇10

据分析，目前电动机系统在技术方面的欠缺成为制约节能发展的“短板”。招金矿业股份有限公司电力消耗占公司总能源消耗的95%以上，能源费用占总成本的30%以上，电力消耗费用直接影响企业的经济效益。改造前主要存在以下问题。一是工艺技术和装备落后，主要耗能设备能源效率低。目前应用的大部分中小电动机平均效率87%，风机、水泵平均设计效率75%，均比国际先进水平低5个百分点，系统运行效率低近20个百分点。大量应淘汰的高耗能设备和变压器还在应用;二是能源管理水平低，与节能密切相关的统计、计量、考核制度不完善，信息化水平低，损失浪费严重;三是节能技术开发和推广应用不够;四是节能潜力大。

为降低电力消耗，使电能利用水平领先国内同行，招金矿业股份有限公司与节能专业机构联合对公司电机系统现状进行了全面节能诊断，提出了电机系统节能改造具体方案。

二、电机系统节能改造方案

1.提升系统自动控制

针对3m以内单绳缠绕式提升机低压交流拖动而言，目前公司实施的改造方案有以下三种：一是卷扬机进行变频操控系统改造，变频与工频一用一备的控制方案，实现半自动化;二是卷扬机操控系统进行直流改造，实现全自动提升;三是卷扬机操控系统进行自动化交流变频驱动改造，实现全自动提升。

方案一最大优点是原理简单，一次性投资少，两套电控系统相互在线备用，最大限度地提高卷扬机的可靠性，节能效果达20%左右;方案二最大优点是实现了自动提升，调速比较容易，节能效果显著。但是原来交流拖动改为直流拖动，需要重新打电机基础、更换直流电机及调试时间比较长，设备投资是方案一的三倍以上;方案三最大优点是停产改造时间短，将新的控制系统全部安装就位后，停电更换电机控制线路、电缆及调试时间只需2天，节电效果达25%～35%。同样规格型号的提升机改造一次性投资相对方案二，价格要高8%～10%，但是停产改造时间短，同时控制系统比较紧凑，控制柜占用空间小，能充分利用原控制系统的设备，不需要更换电机，无须重新打电机基础。

电控装置以全数字控制为核心。其中主控PLC与监控PLC采用西门子系列可编程控制器，具有多级安全保护设定，而且由计算机操作控制，提高了各项数据的准确性，停车位置误差仅为20mm，减少了人员误操作的可能性，保证系统安全可靠运行。

该系统增减速度平滑，运行速度平稳，减速过程由程序控制实现，中间不需要制动系统参与。在降低电耗的同时减轻了操作人员的工作强度。该系统设备运行的安全保护指标达到自动监测，有效减少电器部件故障、设备的维修频率和维修费用。该系统还具有设备运行情况和生产过程的作业量自动统计功能，数据准确、齐全，便于查询考核。同时预留有计算机接口，可实现与计算机联网运行和远距离操作、监控。提升机改造前后的电流对比见图1。

2.通风系统自动控制

将原单机通风改为多级站通风，根据多级机站通风系统的实际情况，采用以工控计算机、Ethernet通信控制器、远程I/O模块和Profibus-DP、RS-485通信网络为核心的远程集中监控技术，对风机进行远程集中监控，并对进风量、空气温度以及空气中O2、CO、CO2含量进行监测。监控软件以基于Windows XP操作系统的工控组态软件为平台设计开发，图形界面可准确描述工业控制现场的运行情况，使机站风机工作状态和各种监测数据以动画、图形或文字方式动态显示。计算机集中控制风量和负压，使得风量按需分配，提高有效风量率，减少电耗。

3.排水系统自动控制

新建井下排水系统，增大水仓容积，排水实现自动化。主要采用在集水仓设液位计、排水管道安装电动阀、负压罐安装电磁阀和液位计等措施，通过PLC的软件控制。由于PLC的应用，能极大提高生产效率，降低劳动强度。每个设备点的数据和状态能及时将检测数据准确传递给微机进行处理。各个中段之间采用Profibus通信方式，便于集中管理。系统设有标准通用接口，为系统扩展提供了有力保障。电动机采用软启动器及微机控制相结合来实现运行控制。同时采用高效、高扬程水泵，变配电所采用微机监控，降低泵启动对电网的影响，保证网络安全，有效避开高峰用电，节约电能消耗和电费支出。

4. 选矿工艺过程自动控制

系统控制的目的是提高磨矿分级机组的磨矿效率，即在稳定分级溢流粒度满足选别工艺、保证精矿品位的前提下，提高系统磨矿的台时处理能力;在稳定系统台时处理能力的前提下，提高分级溢流粒度合格率即金属回收率;对台时处理量和粒度合格率两个指标进行适度的提高。

5. 氰化工艺过程自动控制

采用先进的自动化控制技术可以合理地控制工艺各环节之间的协调，准确控制矿浆的液位、浓度、流量和加药的数量等参数，使氰化指标得到合理有效的控制，从而达到提高氰化回收率的目的。同时采用自动化技术可大大减轻工人的劳动强度，降低设备的故障率和氰化成本。

6. 更换低效电力变压器

采用SBH11-M型非晶合金变压器或s11高效节能变压器更换目前运行中的100kV·A以上s7变压器。空载损耗比在用低效变压器降低60%左右，变压器损耗可降低5%～10%。

7. 使用电网系统降损节电器

使用电网系统降损节电器，改善电网电能质量，节电效果明显，节电率在10%～18%。采用的亚太电效系统和英福特节电王节电效果明显。图2为电网系统降损节电器安装前后的谐波测试结果比较图。图2b为安装节电器后的电网谐波状况。

8. 采用新型节能电机

采用新型节能电机，节电率可达30%以上。目前公司使用的电机大多是Y系列普通三相异步电动机。风机、水泵、空压机、破碎机等变负荷的电机效率低下，启动电流大，电机常易烧毁。安装变频器进行调速时，电机发热，寿命缩短，电网产生大量谐波，会造成电容器和用电设备及变频器烧毁。在这种情况下应用开关磁阻电机调速系统，同样功率的电机，安装尺寸完全相同，投资略高，但是可实现最大的节能，同时不会对电网产生冲击，不会造成用电设备及电容器的损坏，不必进行谐波治理。优点：一是系统效率高。整体效率比传统调速高至少10%，在低转速及非额定负载下高效率则更加明显;二是调速范围宽，低速下可长期运转。开关磁阻电机调速系统在0～3 000r/min的转速范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升;三是高启动转矩。低启动电流开关磁阻电动机调速系统启动转矩达到额定转矩的150%时，启动电流仅为额定电流的30%;四是可频繁启停，及正反转切换。开关磁阻电机可频繁启动和停止，频繁正反转切换，在有制动单元及制动功率满足时间要求的情况下，启停及正反转切换可达1 000次/h以上;五是可靠性高，开关磁阻电机缺相仍可工作，不烧控制器和电机;六是开关磁阻电动机过载能力强，当负载短时远大于额定负载时，转速会下降，保持最大输出功率，不会出现过流现象，当负载恢复正常时，转速恢复到设定转速。开关磁阻电机控制系统图见图3。

9. 实现电网输配电经济运行

实时监控电网运行参数，安装电网经济运行软件，调控运行方式，最大限度地降低变压器与电力线路的有功和无功损耗，节电率达10%以上。监控集中器计算机通过现场局域网负责与所有的智能电力仪表通信;实时采集仪表数据、处理供电信息;集中显示每块仪表的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等所有电力参数;集中处理和记录有功电度、无功电度等供电信息;监控集中器计算机负责将抄表数据等信息上报给总部的管

理系统计算机。

三、项目实施效果

项目实施前采矿、选矿耗电量分别为20.25 kW·h/t和23.2 k W·h/t;项目实施后采矿、选矿耗电量分别为16.5 kW·h/t和20.9kW·h/t。由此可知，项目实施后，单位矿石处理能耗大大降低。

电机传动系统 篇11

关键词：直流电机；可编程控制器

引言：直流电机在电机调速系统中占有重要的地位，因为他的调速性能较好，不但调速方便，而且在磁场条件符合的情况下，电枢电压和转速成正比，转矩更易于被控制；起动性能较好，可以比较平滑调节速度。具有优良的动态特性。在挖掘机、轧钢机矿井卷机、造纸机和高层电梯等领域已经得到了广泛的应用。

一、直流电机调速的基本原理

直流电机可以分为三种，分别为串励直流电机，并励直流电机，他励直流电机。本文针对他励直流电动机调速进行设计。当有电流I流过电枢，将会产生电磁转矩，电机的转子开始转动，由于转子在磁场中处于通电状态，产生感应电动势。线圈进行转动的过程，当线圈处于该位置的时候，再转动180度，处于这两个状态的感应电动势是相反的。利用换向片使得输入电流的方向不变。载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直，作用在导体上的电磁力大小为：F=B·l·I

气动机械手工作压力为0.6MPa，最高压力可达1Mpa。机械手具有二个直线运动和一个旋转运动自由度，用于将原工作台上的物品搬到其左侧工作台上。整个机械手在工作中能实现上升/下降、左旋转/右旋转、夹紧/放松功能。机械手的工作流程如图2所示。

二、他励直流电机的调速特性

直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为：n=■

式中 Ua——电枢供电电压（V）；

Ia ——电枢电流（A）；

Ф——励磁磁通（Wb）；

Ra——电枢回路总电阻（Ω）

由上面的公式可得他励直流电机的调速方式有以下3种：

1. 改变电枢电路串接电阻

2. 改变电动机主磁通

3. 改变电动机电枢供电电压

本文采用第三种调速方式。电源电压作连续变化时，转速可以平滑地进行无级调节，只能在额定转速以下调速；速度可调范围较大，适合于转矩不变的场合进行调速。

三、直流电机调速系统的设计

I/O分配表。当有正转信号I0.0时，直流电机开始以初始终速度转动，此时可以对直流电机的速度进行重新选择设定，通过手动对触摸屏输入新的速度值，并确定。直流电机转速立即改变为预置值。当正转信号I0.0或直流电机处于停车状态时，按下反转按钮，直流电机以初始速度进行反转。不管电机在何种状态下运转，当按下急停按钮时，电机立即停止运转，确保当危险情况出现的时候，电机能及时停止转动，避免危险情况的发生，对机器造成损坏或者造成人员的伤亡。

四、程序的设计及其调试

调试过程中，纠正了之前对编码器接线的误解。接线部分相对还是比较顺利的，通过这次接线加深了对NPN型和PNP型编码器接线的认识。接完线之后对程序进行调试的过程中，发现做程序的时候没考虑直流电机带有减速器，而且编码器不是直接安装在直流电机上，因为本次设计选的直流电机不是双出轴的直流电机，这样做反馈信号矫正的程序必须考虑该传动比，后期对程序进行的修改。最终调试成功。利用组态王软件可以在组态页面直接显示工作时间，直观显示直流电机的转速，可以实现异地控制。

可以做启动与停止的切换，在设置按钮按下后进行的命令语言，当＼＼本站点＼启动==1时，点击被设置的对象，＼＼本站点＼停止=1。对应本设计中PLC中的编程语言，和组态王中数据词典设置的变量，即当PLC程序启动运行的时候，按下被设置对象，PLC停止运行程序；当＼＼本站点＼启动==0时，点击被设置的对象，＼＼本站点＼启动=1。对应本设计中PLC中的编程语言，和组态王中数据词典设置的变量，即当PLC程序停止运行的时候，且PLC处于开机上电状态，按下被设置对象，PLC启动运行程序。

五、结束语

利用组态王软件组态可以做简单的人机界面，而且与PLC进行通信，实现计算机对PLC的实时控制和对PLC的远程监控。通过组态王软件可以自己编辑动画，形象地反馈系统的运行情况，在远程操作的过程中，使操作者能进一步理解整套工序的进行。组态王软件特别适合于按钮较多的场合，可以代替大部分按钮，这样不仅可以节省成本，还可以节省大量接线，使得设备更加简洁。

参考文献：

[1] 杨东， 黄永红， 张新华， 吉敬华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息， 2010， 26（2-1）： 62-64.

电机信息管理系统设计 篇12

电机是陀螺的核心部件之一,对于航空生产单位每年需完成千余套电机生产,并产生大量产品性能参数文件。这种单纯的文件管理模式,每一套产品各自建立独立的记录文件均需要手工录入完成,数据处于一种分散状态,难以实现集中控制和数据资源共享,严重制约了信息的查询、汇总及数据的分析。随着产品数量的逐年积累,存档文件的保存、管理和检索工作量越来越大。

电机的生产过程在装配前需要对多个尺寸进行反复尺寸预选配以保证质量,参与选配的零件通常批量较大,一般数十至上百不等,且机械加工后的匹配尺寸一致性较差,以手工进行尺寸收集、整理并反复对比、筛选的方式进行预选配的操作非常繁琐、耗时费力,加之随参选数量增加而可能无限扩大的操作难度导致根本无法对库存的千余个零件进行再利用,很难达到最佳的选配合套率,资源浪费严重。因此,提高选配效率、选配合套率和信息管理质量,研制一套高效、可靠的电机信息管理系统,实现电机生产相关信息的录入、维护、检索、查询及选配等信息管理自动化,对电机的生产装配有重要意义。

1 系统的功能结构

基于数据库技术的电机信息管理系统采用模块化设计原则,主要由五个模块组成:零件信息模块、零件选配模块、选配参数设置模块、信息查询及报表打印模块、工序模块。

1.1 零件信息模块

零件信息模块由电机信息、零件信息管理等几个子模块组成,每个子模块可独立完成各相关信息的录入、修改、删除、检索及数据有效性控制。为各模块提供开放的编辑模式,可随时定制和扩充已有的资源,进而保证随着生产的持续扩大其可容到整个生产过程中。

1.2 零件选配模块

本模块实现电机零件装配尺寸的选配。

(1)实现对待装电机进行两个端盖、一个壳体的选配操作,并实时更新关联零件数据表相应记录的选配状态以充分保证选配操作的有效性。内容包括分批量选配、单项选配两种操作模式。

(1)分批量选配:提供多种选配算法,用户可根据各批次待选产品尺寸参数的特点,灵活地进行选配操作以寻求最佳的匹配状态。系统会根据装配尺寸公差带实时地给出数据选择最近最优、中值最优、全匹配量三种选配算法,完成批量产品预选配。

(2)单项选配:读取系统选配参数自动检索待装配零件的预选状态,并汇总所有可选零件的匹配信息,双击选中后可建立单个电机的选配关系。

(2)对因各种原因需要进行选配关系更改的电机提供取消选配关系功能,并同时更新关联零件数据表相应记录的选配状态。

(3)选配操作权限控制。

1.3 信息查询及报表打印模块

此模块提供各类电机信息的查询、汇总和报表打印,包括各数据表关键字段、批次电机配套关系、详细选配信息、典型性能参数、测试数据、选配合套率等的实时查询、汇总及报表打印,为实际生产中高频的信息检索需求提供联合查询汇总功能。

1.4 选配参数设置模块

此模块为零件选配提供匹配要求范围的依据。“选配参数”各独立成字段,以提供由于各种原因导致的参数修改,比如设计参数的更改,或为了保证适合的装配增加工艺性参数。

1.5 工序模块

对电机生产过程中涉及的工序信息进行维护,包括工序序号、名称、是否为正常工序、生产周期等。在电机数据表填入相应的工序信息后,即可进行诸如批次产品生产进度及结束时间等各类信息的查询、汇总,可便于及时、直观地掌控生产进度、辅助组织生产。

2 系统模式设计

2.1 系统逻辑模型建立

对电机信息及其操作进行系统、全面的分析,建立合理、完整的系统逻辑模型,为信息的记录、更新、联合查询汇总和选配处理构筑良好的数据环境。

从信息资源管理的观点出发,分析不同活动内容及相互间的联系,形成数据流和处理器,绘制数据流图以描绘系统逻辑模型。

对具有事务操作的数据流,根据其数据来源按关联程度进行系统的划分形成相应的数据表,将各类信息对应地抽象为属性唯一的数据项,并为其确定合理的数据结构。

规范各数据项录入内容及相应的数据表达式,使之能够在不同的管理活动中共享;规范事物运行中有关联信息的处理,比如电机数据表和各零件数据表中零件编号及选配状态改变后各相关标志位的置位值。置位条件的统一,为数据流和事务实现准确的程序化控制提供可靠的依据。

2.2 数据库的实现

根据以上分析中确定的系统功能,进行系统信息关联分析以及其他电机信息的建模分析后,对各种结构进行综合划分和整理,建立相应的数据库。

数据的储存独立于它的使用程序,本数据库的建立是基于SQL的数据库管理系统,使用时只要适当改变应用程序的初始化文件参数即可。选用SQL Sever系列的DBMS作为绑定的数据库,数据的安全性、可靠性会更强,系统将更适合基于网络运行。

2.3 输入/输出设计

输入数据的正确性、时效性和完整性对整个系统的质量与功能具有决定性作用,在程序的实现过程中尽可能采用了保证系统运行时输入格式正确性的校验以及许多数据的自动记录、更新,保证了数据的正确、及时和有效。输出设计是面向用户的,因此无论屏幕显示还是报表输出,本系统都尽可能采用用户所熟悉的习惯方式。

3 典型模块的程序控制要点

3.1 各类信息的维护

(1)对数据项录入、修改、删除的有效性进行控制,如检测录入信息的数据类型、容量及取值范围等,以实现程序准确控制,诸如电机表中录入的轴承编号在同一定子、不同定子的唯一性等等,并实时给出各类操作进行的步骤、注意事项及产生结果等相关的明确提示。

(2)对数据进行严格的一致性检查和控制,以确保数据的安全性、可靠性和可维护性,如电机及各零件编号的删改操作会释放与之匹配的所有零件的选配关系并更新选配状态。

(3)为提高数据库的维护效率,提供批次电机选配状态确认等批量信息操作。

3.2 零部件的批量选配

(1)对所有待选元件记录进行匹配筛选。编写算法,对所有未选配的定子、端盖、壳体,以一一对应的方式依次进行各记录预匹配情况的检索、对比,筛选出所有满足全部选配参数要求的对应匹配关系。简易流程如图一所示。

(2)对满足筛选条件的记录进行选配及选配优化

(1)综合分析各选配影响因素,编写有效算法(如图二所示),使能够成功选配的端盖、壳体尽量多。

(2)对应的定子的匹配信息,以供随时检验选配结果是否满意,选择保存或取消选配结果。

(3)选配优化:提供最近优化、中值优化、全匹配量三种选配算法进行预选,同时统计选配合套率。

(4)实时根据各操作步骤自动置位所有零件选配状态。

3.3 零部件的单项选配

为能够覆盖所有可能发生的选配情况,提供单项自动选配模式,以供小批量调整。选中待选定子记录:检查定子选配状态,如未选配端盖I则显示所有可与轴承A匹配的端盖信息,双击某一端盖信息,双击某一端盖建立选配关系。端盖B与壳体的选配与此相同。直接双击选中的端盖:自动检索匹配尺寸范围并给出匹配信息提示,满足待选端轴承则选配,不满足待选配一端轴承,而已选配的一端端盖又可以满足待选配的轴承,可自动调整两端选配的端盖位置。可选零件信息显示包括零件编号、与待配零件过盈量、与所有库存零件可匹配数量,并按可匹配量升序显示。

4 系统的实现

系统采用基于客户/服务器的体系结构,数据库应用软件功能的扩充和完善完全独立于数据库内容。其应用程序采用PowerBuilder语言开发。

5 程序测试

编写测试程序,通过大量有效的数据验证选配算法效率。

(1)任取多组具有完整配套关系的电机记录30～50套,恢复为独立的未选配元件进行逆推测试检测算法选配效率,其选配合套率大于88%。

(2)任选多批次实际产品进行模拟选配,各批次一次选配合套率71%～84%,一般的全匹配量≥最近最优≥中值最优。

(3)由于选配算法不可能达到100%的有效率,一般可在一次选配后进行第二轮补选,其选配合套率可提高3%～7%,但第三轮补选则基本无效。

(4)由于选配质量包括尽量高的选配合套率和尽量好的匹配参数,待选原件尺寸数据很好时,可采用例如中值最优以获得最好的装配质量。

6 运行情况及结论

电机信息管理系统的研制与使用,实现了全部电机零件的自动化选配及相关信息资源的综合开发、利用,创造性地解决了生产中的实际问题,充分发挥了计算机在生产过程中的强大效益。本设计应用于实际生产后,以完成200套电机的选配,入库端盖500多、壳体700多。

(1)全部零件及其尺寸、匹配关系、性能参数等实时、准确的跟踪和汇总,充分提高了数据信息管理的效率和质量。

(2)充分提高了选配效率和选配套率。由于每批次选配时均可对全部库存为选配零件进行筛选再选配,其零件利用率可无限接近100%,使库存降至最低。

(3)可方便进行选配优化,以适应于不同尺寸特点的批产品选配。

(4)最大限度地避免了手工操作的不完整性、主观随意性,处理效果不受产品批量和加工尺寸的影响,选配操作更加稳定、可靠。

(5)放宽了零件加工尺寸要求,产品的机加效率和合格率也明显提高。

(6)实现了信息的集成和共享,对其有效整合和利用,充分简化了生产管理流程。

摘要：本文依赖于科学的信息管理模式和先进的计算机应用技术,建立电机信息管理系统,实现电机信息资源获取、存储、处理、利用、更新的有效控制,充分发挥信息价值;利用现代化信息技术有助于改善企业管理,提高竞争力和经济效益。

关键词：信息管理模式,计算机应用技术,信息管理系统

参考文献

[1]张开.SQL Server2000数据库管理系统使用手册[M].北京:电子工业出版社.