电磁制动器（通用7篇）
电磁制动器 篇1
MP系列电磁盘式制动器由安装底座、桥、补偿装置、电磁铁等几部分组成。通过衔铁带动摩擦衬垫迅速可靠被轭铁吸合 (压缩弹簧) , 制动器打开主机正常工作;断电后在弹簧力作用下衔铁上的衬垫和托架上的衬垫紧紧夹住制动盘 (抱闸) 。主要用于冶金、矿山等机械驱动装置的机械制动。该制动器安全可靠、电磁噪音小, 结构紧凑, 安装方便、制动可靠等优点。
1 结构特点及工作原理
MP制动器为常闭式制动器, 主要由衬垫托架、电磁铁等组成。是一种机械驱动装置的机械制动。安全可靠、电磁噪音小, 结构紧凑, 安装方便, 制动可靠等优点。接通电源后衔铁带动摩擦衬垫迅速可靠被轭铁吸合 (压缩弹簧) , 制动器打开主机正常工作;断电后在弹簧力作用下衔铁上的衬垫和托架上的衬垫紧紧夹住制动盘。
2 制动器的安装与调试
首先检查制动盘的厚、直径是否是所指定的那一个;手动螺栓的空间不小于35毫米;校准制动器和制动盘上的衬垫中心线, 将制动器放置在安装底座上, 以便使制动衬垫与制动盘平行定位, 外边沿距盘缘3MM;轻轻的上紧4个安装螺栓后, 松开轭铁上的手动松闸螺栓, 制动器被设定, 然后紧固制动器安装螺栓。若MP盘式制动器处于松闸状态, 要进行设定, 否则, 用一个扳手顺时针转动松闸螺栓, 直到不能转动为止, 以便制动器打开。其次, 通过冲程调整螺栓使杠杆处于垂直状态, 上紧螺母。其电磁铁间隙是用一个橡胶带罩着, 要测量需首先松开制动器, 方法是上紧手动松闸螺栓, 再用手将桥按压顶着制动盘, 看看0.7～0.8MM后的间隙能否进入盘和在对面一侧的另一个衬垫之间。若间隙过大或过小, 要将补偿机构的盖子去掉, 松动锁定螺母并转动间隙调整螺栓, 以便获得电磁铁间隙额定值。间隙调整后, 上紧锁定螺母。
3 使用与维修
要定期检查制动器的工作状况;检查各铰接处是否磨损, 制动器的构件运动是否正常, 调整螺母是否紧固;电磁铁的工作是否正常, 引入线的绝缘是否良好;制动轮温度的保持, 制动轮 (盘) 上平整否, 若有0.5mm深裂痕应重新修磨;要保持摩擦片或盘表面的状态清洁, 保证额定力矩值;当摩擦副没有充分跑合, 力矩可能低于额定值, 可适当运转恢复正常。制动衬垫磨损至4mm厚时应及时更换。
摘要：分析了电磁盘式制动器的工作原理, 介绍了电磁盘式制动器结构和特点, 认识了其安装、调试及使用维修。
关键词：电磁盘式,驱动装置的机械制动
参考文献
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电磁制动器 篇2
温度是摩擦磨损的重要影响因素。温度的升高会使摩擦副表面材料的组织结构和力学性能发生改变,加剧黏着磨损和摩擦磨损[3],甚至可能产生热裂纹[4]。为了保障列车在紧急制动工况下的安全,延长磁轨制动器的使用寿命,需要对磁轨制动器在制动过程的温度场研究,以便采取相关措施来减轻磁轨制动器极靴的磨损。
1 磁轨制动器传热过程分析
在进行磁轨制动器热分析过程中,必须遵循能量守恒定律,即:
式(1)中:Q为热量;W为所做的功;ΔU为系统的内能;ΔKE为系统的动能;ΔPE为系统的势能。
热传递的方式有主要有三种[5,6],分别是热传导、热对流和热辐射。在传递过程中又可以分为稳态和非稳态两类。摩擦热传递是典型的非稳态传递过程,在此过程中摩擦副的温度、热流率、热边界条件以及内能都随时间发生变化。根据能量守恒定律,非稳态热传递的瞬态热平衡方程可表示为:
式(2)中:C为比热矩阵;为传导矩阵;K为节点温度向量;T为温度对时间的导数;Q为节点热流率向量。
2 磁轨制动器温升的数学模型
2.1 模型假设
在磁轨制动器温度场的分析中,热量产生在摩擦副的接触表面,并以热流密度的方式向内部传导,摩擦副的自由表面有热对流和热辐射。根据现有条件,对磁轨制动器温度场的分析做出如下假设:
(1)环境的温度是不变的;
(2)磁轨制动器的吸力是不变的(制动器极靴对钢轨的压力不变);
(3)磁轨制动器极靴的周围有对流换热;
(4)忽略泄露所导致的摩擦热损失;
(5)磨粒磨损带走的热量很小,可以忽略。
2.2 模型方程
在紧急制动过程中,磁轨制动器产生大量摩擦热,使它的温度快速升高,同时导致材料的某些物理特性随温度变化而变化。此类问题为非线性热分析[7]。在计算过程中,磁轨制动器所取材料参数[8],如表1和表2所示。
2.2.1 磁轨制动器极靴热载荷计算
磁轨制动器极靴[1]在制动时,极靴的主要热载荷为摩擦面上的热流密度,从能量守恒可知,极靴和钢轨相互摩擦所做的功转化成两者的内能。假设它们之间的摩擦因数和相对速度分别为μ和vs,接触区摩擦热流密度q为:
式(3)中:p(x1,x2)为接触区法向压力分布;ene为单位法相矢量。
从式(3)可以看出,在摩擦系数μ一定的情况下,影响热流密度的是接触法向压力p(x1,x2)和相对滑动速度vs。本文分析的是CRH2上的磁轨制动器,制动初始速度为V0=250 km/h,减速度为αE:
式中:F1和F2分别为磁轨制动器的摩擦力和空气制动器的制动力;m为CRH2的质量。
本文假设磁轨制动器在制动过程中所产生的摩擦功全部转化为摩擦热,并且摩擦热全部用于加热极靴和钢轨,这个摩擦热平均分配给极靴和钢轨。
2.2.2 对流换热和热辐射[9]
磁轨制动器表面非接触区和环境的导热过程可以描述为:
式(6)中:T0是环境温度;h是表面传热系数。
2.2.3 磁轨制动器与钢轨间相互换热
磁轨制动器与钢轨相对运动过程中接触区温差使得磁轨制动器和钢轨间有热量交换作用。用全局换热系数Heff来模拟它们接触界面的导热作用,它们的换热分别由式(7)描述。
式(7)中:ene为极靴摩擦表面的单位法向量;enr为钢轨摩擦表面的单位法向量;Te为极靴摩擦表面的温度;Tr为钢轨摩擦表面的温度。
2.3 磁轨制动器几何模型和网格划分
研究的模型为简化的三维磁轨制动器模型,磁轨制动器有6个带有极靴的电磁铁和一个导航架,导航架两侧有极靴,如图1(a)所示。该磁轨制动器总长1.4 m,每个极靴的长度为175 mm,宽度为75mm,高度为12.5 mm。电池铁的高度为155 mm,长度为150 mm。文中采用了增强的拉个朗日算法,是为了找到精确的拉个朗日乘子,而对罚函数进行一系列修正迭代。为了使磁轨制动器温度场的数值仿真收敛于精确解,要进行整体建模并划分有限元网格,对于极靴部分需要细化网格来提高单元和节点数,如图1(b)所示。网格节点为196 325,网格单元169 533。
3 磁轨制动器有限元分析结果
在Ansys wokbench平台下通过数值仿真可以获得磁轨制动器极靴在整个制动过程中的温度场信息。当时间是23.7 s(极靴达到最高温度的时间),最高温度为1 244.2 K;当时间是69 s(制动结束,该磁轨制动器的平均减速度为1 m/s2,制动初速度为69.4 m/s),最高温度为764.5 K。温度场云图如图2所示。此时极靴边缘处的温度随深度变化如图3所示。
从图2所知,紧急制动开始时,磁轨制动器极靴因摩擦产生大量的热,使得流入极靴的热量远远大于流出极靴的热量,从而使磁轨制动器的温度迅速上升,在23.7 s时达到最高温度为1 244.2 K。然后,流入极靴的热量逐渐等于流出的热量,这种近似的平衡导致磁轨制动器最高温度趋于稳定。最后,流入极靴的热量慢慢的小于流出的热量,磁轨制动器的最高温度开始缓慢的下降,制动结束时磁轨制动器的最高温度为764.5 K,并且在距离极靴表面深度为2 mm的温度为760 K,这个与文献2给出的数值是很相近的。因为本文计算的平均减速度为1m/s2,比文献2给出的要小,所以制动距离和制动时间就比文献2给出的要大。时间的增大,导致了热量进一步传导到电池铁,导致深度为2 mm的温度更小。因此整个仿真过程是合理、可靠的。
从图2可知,在整个制动过程中,极靴两头的中间部分温度最高。这主要是因为极靴延展端向外延伸,没有直接与电磁铁的铁芯相连,所以产生的热量不能及时向铁芯传导而导致热量积聚。
4 磁轨制动器极靴结构的改进
从增强空气流动和改善磁轨制动器散热的角度,在磁轨制动器的极靴两头加了冷却筋,如图4所示。在制动器的周围加了4个冷却筋,长度为75mm,高度为2 mm,宽度为5 mm。这样改进的理由是:在不改变吸力的情况下,一方面使得在极靴两头的空气处于紊流状态,另一方面增加极靴与空气的热对流面积并且增加了极靴热容量。
为了检验改进后的效果,对新模型进行热分析。为了节省计算机资源,对其中一个带有改进极靴结构的电磁铁进行分析。
在制动过程中新结构的最高温度为1 171.2 K,结束时的最高温度为742.3 K。温度场如图5所示。从仿真结果看出,延长了制动器达到最高温度的时间,并且最高温度有所降低。此时极靴边缘处的温度随深度变化如图6所示。改进结构和原结构最高温度随时间变化曲线如图7所示。
为了方便查看,将两结构的数据整理成表3进行数据对比,相差百分比是改进结构与原结构数据的差值比上原结构温升或者吸力,负号代表降低。
从表3可知,新结构要优于原先的结构。新结构仿真的吸力和原先结构接近。整个制动过程中新结构温升比原先结构降低了。
5 结论
分析了磁轨制动器在紧急制动情况下的受热情况,并改进了极靴的结构,主要结论为:
(1)本文基于有限元数值仿真方法,建立了紧急制动工况下磁轨制动器的温度场模型,合理设置了热载荷和对流换热边界条件。
(2)数值仿真结果显示:磁轨制动器在制动过程中,磁轨制动器极靴表面温度迅速上升,最高温度为1 244.2 K;随后温升率减小,并逐渐趋于稳定;最后温度逐渐下降,在磁轨制动结束时,磁轨制动器最高温度为764.5 K。
(3)为了改善磁轨制动器极靴的受热情况,本研究改进了极靴的结构,利于加强极靴两头的热对流。未来还需要进一步优化数值仿真模型,并且与相关试验结合,提高仿真精度。
参考文献
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电磁制动器 篇3
能源安全一直是当前研究的热点,煤炭以其丰富的存储量、低廉的价格在全球能源安全中发挥越来越重要的作用。虽然近些年受新能源冲击和环境制约,煤矿市场空前惨淡,但煤炭仍然是我国重要的能源及工业原料。伴随井下高产高效综合机械化采煤技术的快速发展,采煤设备单机容量和总装机容量越来越大,对井下供电系统的安全性,尤其是供配电网络的控制和保护设备的安全性要求越来越高。
近年来,随着电力电子技术不断发展,微机保护和现场总线通讯技术被越来越多地应用到井下负荷的控制和保护中。早期的电力电子元件或单片机作为保护器的中央处理器稳定性差、抗干扰能力弱,很难适应井下恶劣的生产环境。如今,PLC(Programmable Logic Controller)、ARM(Advanced RISC Machines)、DSP(Digital Signal Processing)等微处理器技术不断成熟,稳定性和抗干扰能力不断增强,能很好地适应井下恶劣的生产环境。尤其是其强大的数据处理、传输和交换能力,必然促进井下控制和保护设备向高集成化、智能化方向发展。
本研究在分析DSP集成CAN(Control Area Network)模块基础上,设计数据传输系统整体结构,系统主要包括温度信息反馈单元、监测分站、CAN通讯接口、CAN物理总线、上位机与CAN物理总线和上位机接口等。重点设计监测分站与CAN总线接口及CAN物理总线与上位机接口,并设计CAN通讯软件数据发送流程。
2 CAN总线技术
CAN总线技术为分布式控制系统的各个节点提供安全可靠的实时通讯,是当今工业自动化领域研究的热点技术之一。CAN是1986年德国的Rober Bosch公司提出的控制局域网技术的简称,具有半双工串行总线通信结构,一个节点可以对多个节点发送信息,最高可实现1 Mb/s的数据通信,网络节点信息以多主方式分为不同的优先级。CAN总线由于数据帧的组成字节少(不大于8个字节),所以对于新的数据帧响应较快。为了识别不同信息在总线上的节点,CAN总线传输的每个信息都具有特定的标识符,以确保在总线发生冲突时,较高优先级的信息传输过程不产生延迟,降低数据传输出错率,提高信息传输的速度和安全性。CAN总线协议支持数据帧、远程帧、错误帧和过载帧4种不同的数据帧类型,每种类型数据帧的作用如表1所示。
28系列DSP处理器集成了增强型e CAN模块,为数据通信提供了完整的协议,大大减少了CPU的消耗,保证数据传输的效率和实时性。在内部结构上e CAN模块是32位的控制器,由消息控制器和CAN通信协议内核(CPK)两部分组成。CPK接收到有效消息后,由消息控制器中的消息控制单元来判断是否存储到邮箱存储器中。消息控制单元根据消息的标识符、状态等信息,确定消息对应的邮箱位置,经过接收滤波后将消息存放在第一邮箱中,e CAN模块结构如图1所示。
3 温度数据传输系统设计
矿用多回路电磁启动器温度数据传输系统包括温度信息反馈单元、监测分站、CAN通讯接口、CAN物理总线、上位机与CAN物理总线和上位机接口机,其结构如图2所示。温度信息反馈单元负责采集监测点温度,并进行信号隔离、转换。监测分站负责采集温度原始信息,并进行运算处理,同时具有温度信息显示和过温报警功能。上位机实现矿用多回路电磁启动器温度信息的远程监控及数据存储。
3.1 DSP与CAN通信接口
由于e CAN模块的存在,DSP能够控制CAN通讯,不需要外部连接CAN通信控制器,大大简化了通信电路的设计。CTM8251是一款带隔离的通用CAN收发器芯片,该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件,符合ISO 11898标准。选择CTM8251T作为物理总线和DSP的e CAN模块之间的通信接口芯片,增强了系统抗干扰能力,提高了数据传输的稳定性,加大了系统的通信距离。将e CAN模块的信息收发端CAN-RD和CAN-TD与接口芯片的发送数据(TXD)和接收数据(RXD)端口相连接,接口芯片的CANH和CANL端口与CAN物理总线相连,在CANH和CANL之间并联匹配电阻,提高系统的抗干扰能力,DSP与CAN物理总线接口电路如图3所示。
3.2 CAN物理总线与上位机接口
监控主机与CAN物理总线之间数据传输的稳定性,直接关系到监控系统的精度和可靠性。采用智能接口卡CANUSB-2A实现CAN物理总线与监控主机之间的通信,该接口卡是CAN-bus产品开发、CAN-bus数据分析的强大工具,具有体积小巧、即插即用、性能稳定、安全性好等特点,CA-NUSB-2A实物如图4所示。CANUSB-2A接口卡具有隔离功能,本身集成了光电隔离模块,监控主机能够直接通过USB数据线连接到CAN物理网络。CANUSB-2A接口卡与USB1.1总线相兼容,具有双路CAN通信接口,满足CAN2.0B协议和ISO/DIS11898规范,可以根据需要通过编程设置通讯波特率,能够实现在5~1000 kbps之间自由设置。
3.3 CAN通讯软件
矿用多回路电磁启动器温度数据传输系统软件程序开发经历应用设计、代码创建、调试、分析与调整四个阶段,在DSP集成开发环境CCS 3.3中进行编译。CCS 3.3提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具,它便于实时、嵌入式信号处理程序的编制和测试,它能够加速开发进程,提高工作效率。CAN通讯是温度数据通讯系统数据传输的桥梁。在CAN通信硬件基础上设计CAN初始化、数据发送和接收子程序。CAN发送子程序如图5所示,该子程序负责节点报文发送,按照特点的格式将采集的数据组成一帧报文,送入CAN通讯控制器的缓冲区,每间隔1 s传输一个数据帧,CAN通讯速率设置为100 Kb/s,邮箱1作为发送邮箱,利用查询状态位完成相应数据传输。
4 结语
矿用多回路电磁启动器是煤矿重要的电气设备,在井下安全生产中起到控制和保护的双重作用。利用CAN总线技术的抗干扰能力强、传输速率高等优点,开发了一套分布式结构框架的矿用多回路电磁启动器温度数据传输系统。系统对多点温度信息进行处理、光耦隔离、运算与传输,能够对多回路温度变化进行实时监测及数据传输,实现了多回路的分散采集、集中管理、远程监控与存储。矿用多回路电磁启动器温度数据传输系统同样适用于井下馈电开关、软启动器、电缆接线盒等其他设备的温度数据传输和远程监控。
参考文献
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电磁制动器 篇4
1.1 QJZ-300/1140-J矿用隔爆型真空电磁启动器结构
此启动器由安装在橇形底上的方形隔爆外壳、固定式千伏级元件、折页式控制线路元件组装及前门等部分组成。其中隔爆外壳又分成接线空腔和主腔, 启动器前门为平面止口式, 门上装有启动按钮、复位按钮、试验开关和用于信号指示的发光二极管。前门右侧的外壳上装有隔离开关操作手把和停止按钮。
隔离开关采用HCZ - 300/1140A型真空隔离开关, 具有“正”、“停止”、“反”3 个位置, 可在电动机停止时隔离电源和换向, 并允许在接触器处于事故状态下分断负荷电路。隔离开关、停止按钮及前门设有机械闭锁, 按下停止按钮方能操作隔离开关换向, 隔离开关在“停止”位置, 方可打开前门。隔离开关、电流互感器组及阻容吸收装置均装于壳内右侧。
启动器采用CJZ - 300/1140A型真空接触器, 用于闭合及分断所控电动机线路。真空接触器、控制变压器、信号变压器和千伏级熔断器都装在壳内固定芯板上。在壳内折页门上装有本安型变压器2TC、控制变压器4TC、继电器组件1~5K、熔断器及整流桥组件、电源和延时组件DSZ、信号整定组件XZZ、保护组件BHZ、漏电闭锁组件LDZ、先导控制组件XDZ、电流检测组件JCZ和中间继电器2~4KM。打开门后, 旋松折页门右侧的螺栓锁紧, 可将整个折页门拉出壳外, 以便于维修。主电路和控制电路的所有接线端子都装在隔爆接线腔中。
1.2 QJZ - 300/1140 - J矿用隔爆型真空电磁启动器功用
QJZ - 300/1140 - J矿用隔爆型真空电磁启动器为矿用隔爆兼安全电流检测型真空电磁启动器, 其额定电流为300A, 额定电压为1 140V, 适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井, 用来控制大容量的采掘机械设备。
矿用隔爆型真空电磁启动器具有失压、短路、过载、漏电闭锁、断相、过电压、真空接触器漏气闭锁、防止控制回路发生短路时自启动等保护, 并有电源、运行指示, 电子插件中所有的继电器动作均有发光二极管指示。启动器上配置有试验开关, 当试验开关拨至相应试验位置时, 便可方便地检查、控制和保护线路。
2 QJ Z - 300/1140 - J矿用隔爆型真空电磁启动器接线方式
QJZ - 300/1140 - J矿用隔爆型真空电磁启动器接线方式如图所示, 矿用低压隔爆自动开关负荷接线柱与矿用隔爆型真空电磁启动器的电源接线柱通过电缆相连, 矿用隔爆型真空电磁启动器通过电缆与电源接线柱连接, 矿用隔爆型真空电磁启动器负荷接线柱通过电缆与电动机接线柱连接。
3 QJ Z - 300/1140 - J矿用隔爆型真空电磁启动器操作方法
3.1 启动前的准备工作
将真空隔离开关Qs置于正向或反向位置, 即可启动电动机。
3.2启动过程
QJZ 300/1140- J矿用隔爆型真空电磁启动器有近控 (就地控制) 、远控和程序控制3 种控制方式。第一, 远控。将控制方式选择开关2SA置于“远控”位置, 按下启动按钮1SBT即可启动。第二, 近控。将控制方式选择开关2SA置于“近控”位置, 按下启动器自身启动按钮1SB可进行近控启动, 其动作原理与远控相同。
3.3停止过程
远控运行中要停止电动机, 可按下远方停止按钮2SBT。在远方控制时若出现紧急情况, 需要紧急停车。近控时停车, 可直接按下外壳上的停止按钮2SB。
4 QJ Z-400/1140 (660) 智能型矿用隔爆型真空电磁启动器操作方法
4.1用途及结构
4.1.1作用
矿用隔爆兼本质安全型真空磁力启动器, 用来控制大容量的采掘运机械设备。
4.1.2 参数
额定电流400A, 额定电压1 140V和660V。
4.1.3结构
五个按钮:隔离开关手柄的三个位置:正、停、反转。
4.1.4 控制方式
单台近控、单台远控、多台顺序联所控制方式。
4.2工作原理
4.2.1 控制原理
第一, 启动前的准备工作。自检:自检完毕后, 只有绿色电源指示灯PUR亮, 液晶屏显示“欢迎使用”字样。第二, 单台远控。参数设置:利用三个按钮“上/ 复位、下/ 复位、设置”进行。SA置于“远控”、“是否近控”设置成“0”、“是否单台”设置成“1”。第三, 单台近控。SA置于“近控”位置、“是否近控”设置成“1”、“是否单台”设置成“1”。第四, 多台程序连锁控制。多台近控:SA置于“近控”位置、“是否近控”设置成“1”、“是否单台”设置成“0”。多台远控;SA置于“远控”位置、“是否近控”设置成“0”、“是否单台”设置成“0”。
4.2.2 保护原理
保护装置的动作, 包括对漏电闭锁保护, 电压为1140V时, 地绝缘电阻<44K时动作, >50K时闭锁, 电压为660V, 对地绝缘电阻<22K时动作, >28 K时解锁。
5矿用隔爆型磁力启动器的连锁接线方法
各台隔爆型磁力启动器合上程序控制开关3SA, 并将各台隔爆型磁力启动器按程序控制接线图进行连接, 即可实现多台隔爆型磁力启动器连锁控制。
参考文献
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电磁制动器 篇5
多回路电磁起动器主要是用于采煤、掘进工作面, 对工作面的各负荷进行集中控制与保护的电气设备。根据现场设备保护和控制的需要, 基于微电子和现场总线技术, 设计具有一定通信功能和逻辑判断能力的多回路电磁起动器, 实现对多台电机的监控、保护及状态管理等功能。
1 CAN通信结构及特点
CAN即控制器局域网, 遵循现场总线协议。CAN总线通信结构由PLC、CAN通信网络节点和CAN转发器节点等部分构成, 其数据通信主要特点:
(1) CAN总线为多主方式通信, 总线网络上任何一个节点均可在任意时刻主动地、不分主从地向其它节点发送信息。
(2) CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时, 优先级较低的网络节点会主动退出发送, 而最高优先级的网络节点可不受影响地继续传输数据, 节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在总线网络负载很重的情况下, 也不会出现总线网络瘫痪情况。
(3) 与传统的站地址编码不同, CAN通信系统对数据块进行编码, 使得网络内的节点个数不受限制。
(4) CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤, 选择灵活。
(5) CAN的直接通信距离最远可达10km (速率在5kbps以下) ;通信速率最高可达在1Mbps (此时通信距离最长为40m) 。
(6) 采用短帧结构发送数据, 每帧信息都采用了CRC帧校验及其他检错技术, 数据传输高效、准确, 实时性好。
(7) CAN节点有错误严重的情况下, 有自动关闭功能, 以使总线上其他节点的操作不受影响。
(8) CAN总线具有较高的性价比。它结构简单, 器件容易购置, 每个节的价格较低, 而且开发技术容易掌握, 能充分利用现有的单片机开发工具。
根据CAN通信的结构特点, 提出了多回路电磁起动器的通信结构, 结构示意图如图1所示。
上位机PLC和下位机保护卡之间组成典型的分布式通信系统, 以主从方式进行通信, 系统中仅需要1个上位机PLC, 既可以与各下位机保护卡分别进行点对点的双向通信, 也可以同时和所有从机进行一点对多点的单向通信, 即PLC向所有从机传输数据或命令。
2 通信硬件设计
2.1 PLC的CAN通信
PLC选用的是贝加莱CPU模块型号为7CP476-020.9, 其自身有1个CAN接口, 完全支持国际CAN V2.0B技术规范。能发送和接收标准数据和扩展数据帧以及远程帧数字字节。
2.2 保护卡通信设计
CAN总线通信系统, CAN节点的设计是很重要的一个环节。保护卡的CAN总线通信模块由MICROCHIP公司ds PIC30f6014a数字信号处理器内部提供的CAN模块和新的CTM系列隔离CAN收发器模块组成。
电路设计中采用的CAN收发器模块CTM1050, 它是一款带隔离功能的高速CAN收发器芯片, 该芯片内部集成了所必需的CAN隔离器件及CAN收、发器件, 可以很好地实现CAN总线上各节点电气、电源之间的完全隔离和独立, 提高了CAN总线通信中各个节点的稳定性和安全性。CTM1050的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC 2500V的隔离功能及ESD保护作用。
磁力启动器中保护卡CAN总线通信节点硬件单元原理图如图2所示。
在以往的设计中需要光耦、DC/DC隔离、CAN收发器等其他元器件才能实现带隔离的CAN收发电路, 本文使用CTM1050接口芯片直接与CAN协议控制器相连就可以实现带隔离的CAN收发电路, 其接口简单, 方便。
3 通信规约
CAN总线的接口帧格式有标准帧和扩展帧两种。本多回路真空电磁起动器CAN总线通信协议中接口帧格式工作于增强模式, 以扩展帧方式传递报文。标识码29位, 报文长度0~8字节可选。总线传输速率为20kbps。
在总线系统参数配置中, 重点考虑29位标识符的分配, 因为标识符是唯一区分多回路真空电磁起动器内不同保护卡位置和命令类型的识别码。本通信系统中, 标识符各位具体分配如表1所示。
(1) 保留地址:由于CAN总线为多主工作模式, CAN节点从本质上无主从之分。而在本多回路电磁起动器采用主从通信, 为区分上行响应帧和下行命令帧, 加入保留地址加以区别。当CID1=0x02时, 表示为下行命令帧;当CID1=0x36时, 表示为上行响应帧。
(2) 开关地址:表示各保护卡或绝缘检测卡地址, 为1字节。本多回路真空电磁起动器中, 地址范围从0~15。
(3) 命令码:命令类型的具体描述, 包括有获取遥测+遥信量命令、起停控制命令、试验控制命令、设置参数命令、获取故障信息命令和绝缘检测命令等。
(4) 命令码的组合信息:PLC下发命令帧中对应的具体命令操作。
地址 (ADR) 作为唯一区别不同下位机CAN节点的标志, 需要经过过滤器。另一部分需要过滤的是命令码 (CMD) , CMD中有1个字节是确定的数据, 因此可以通过过滤提高获取命令帧的检错性能。
4 磁力启动中的通信的抗干扰功能
由于PLC和保护板内单片机均工作于多回路真空电磁起动器隔爆腔体内, 距离较近, 所以电磁起动器内部CAN总线通信系统的设计不需考虑通信距离的要求, 但是电动机起停所造成的电磁波会严重干扰CAN总线通信系统正常工作, 本文从硬件和软件两方面采取抗干扰措施以保证通信可靠性。
在硬件设计方面:
(1) 要先经过光电耦合器才能与单片机系统通信;
(2) 采用带屏蔽层的双绞线进行信号传输, 并匹配终端电阻。两种硬件电路的抗干扰设计措施有效地提高了CAN总线通信系统的可靠性, 并能够保证单片机系统的工作稳定性。
在软件方面:
(1) 设计了合理的字节和数据校验方式, 采取了可靠的数据传送和接收方式, 有效地保证了数据传输的准确性;
(2) 选择合适的通信速率。
为了完全适应CAN总线通信协议及通信响应速度问题, 磁力启动选用的PLC采用字符中断控制方式, 来接收和发送字节数据, 接收每个字节数据都会产生中断, 可以保证在较高波特率时不会丢失字节数据。由于仅使用两根线进行数据传输, 所以不能用硬件握手信号作为检测手段。为了防止产生误码, 本系统采用软件验证握手协议以保证通信的可靠性。PLC和单片机之间采用主一从通信方式, 即PLC作为主站发起通信, 单片机作为从站响应通信。
由以上分析可知, 采取有效的抗干扰措施可以保证采用CAN通信方式来实现PLC与单片机之间的通信功能的正常实现。
5 结语
本文介绍了CAN通信的结构特点, 分析了多回路真空电磁起动器的通信结构, 研究了CAN总线通信的硬件设计及抗干扰措施, 实现了PLC与单片机正常的通信功能。
参考文献
[1]贝加莱工业自动化[Z].Automation Studio基础.
[2]何衍庆, 戴自祥, 俞金寿.可编程序控制器原理及应用技巧[M].北京:化学工业出版社, 2003.
电磁制动器 篇6
在矿用电机车电控空气制动系统中, 比例电空阀通过控制电流大小来控制输出的空气压力, 从而实现系统的制动、保压和缓解, 它是整个电机车制动控制单元的关键部件[1]。在比例电空阀的设计中, 需要有一个能把输入电信号成比例地转为机械信号的转换装置, 这个装置通常简称为电—机转换元件。最常见的电—机转换元件有直流伺服电机、力矩马达、悬挂式力马达和比例电磁铁。比例电磁铁一般有平底止座式、盆底止座式、锥底止座式三种, 在实际应用中广泛使用的是具有盆底结构的比例电磁铁[2]。
二、比例电磁铁的结构设计
当线圈9 得电时, 比例电磁铁的衔铁4 由起始位置 (图中位置) 向左推出, 由推杆11 带动比例电空阀中的活塞杆运动, 活塞杆克服平衡阀弹簧抗力打开总风缸, 总风通过活塞杆外腔进入控制风缸实现电机车的制动;当线圈持续通电时, 电空阀膜板上腔压力与比例电磁铁的推力相等, 比例电空阀处于平衡状态, 控制风缸和总风断开, 制动系统处于保压状态;如果比例电磁铁线圈无电流, 弹簧使衔铁回到起始位置, 控制风缸压力空气全部排入大气, 系统制动力缓解[3]。比例电磁铁结构如图1 所示。
三、参数计算
为了使具有盆底结构的比例电磁铁更好的适应电机车制动系统的要求, 现对30kg推力的比例电磁铁关键参数进行设计计算, 如图2 所示。
1、盆底结构计算
(1) 最大电磁吸力Fm
磁感应强度B最大为1T, 根据电工纯铁B—K?图, 取磁通系数Kφ取为11。
设计的最大行程 δ0为0.5cm, 代入参数, 得到Fm为302 N。
(2) 衔铁截面积S0和d1、d2的计算
由
其中, 取气隙磁感应强度B0为1T, 取空气磁导率 μ0为4π×10-7H/m , 求得衔铁截面积:
推力为302N时, 推杆直径d0 经计算为12mm, 代入 (3-4) 式得d1为3.33cm。半径间隙取0.02mm。
分配比:
经验值取k在0.6~0.7 之间5。由 (3-5) 式得:
根据经验值, 取分配比k为0.65, 代入 (3-6) 式得d2为4.1665cm。半径间隙取0.02mm 。
(3) 盆底的半锥角:
代入 (3-7) 式得α为39.9°, 取40°。
(4) 盆底深度:
2、线圈计算
(1) 线圈安匝计算:
铁磁材料影响系数λ1一般取值范围为0.65~0.85, 因B0较大, 取小值0.65。气隙系数λ2一般取值范围为0.25~0.45, 取中值0.4。代入 (3-9) 式得:
取整为3500安匝。
(2) 线圈长度计算
温升公式:
ls, bs分别为线圈长度及厚度。设C=ls/bs, 将ls=C bs代入 (3-11) 式得到线圈长度方程:
工作温度为90度时的电阻率ρx取为2.2×10-8Ω/m, C一般取为5, 线圈填充系数ft取为0.6, 温升[θ]取为90度, 65度时散热系数μs的取值为12×10–4W/m2C, 代入 (3-12) 式求得线圈的长度为101mm。
(3) 初定线圈的内、外直径
线圈内径DN=d2≈4.2 cm
线圈外径Dw=d2+2bs+0.05≈8.25 cm
(4) 计算导线直径和线圈能容纳的匝数
根据电压方程公式:
gx为导线截面面积 (mm2) , Rx为线圈总电阻 (Ω) , Dx为线圈平均直径 (mm) , 推出导线直径方程:
电压U取110V, 将各参数代入电压方程得导线直径约为0.417mm。
参考线规表, 选漆包线内径为0.41 mm, 外径为0.45mm, 计算外径取0.5mm。
容量计算:
初步选电流I=1安, 线圈共3500匝。选线圈长度为100mm, 厚度为24mm, 那么:
纵向可排1 00÷0.5=200列, 横向可排20÷0.5=40层, 总共可容纳8000匝。
(5) 估算线圈电阻
线圈总长:
查表得导线每米长电阻为0.132Ω, 算出总电阻为89.9Ω, 取90Ω。因电压为110V, 额定电流为1安, 所以还应串联20Ω的电阻。
四、结束语
针对矿用电机车制动系统比例电磁铁存在的线性差、灵敏度不高等突出性问题, 本文在分析了各种结构比例电磁铁优缺点的基础上, 设计出的盆地结构比例电磁铁具有性能可靠、抗干扰性好、在允许温升下能稳定工作等优点, 并且具有水平吸力特性, 能把电信号按比例地、连续地转换成机械信号输出。相信该电磁铁在实际中的使用必能提高矿用电机车电控空气制动系统比例电空阀的制动性能。
摘要：比例电空阀是矿用电机车电控空气制动系统中的一个重要控制元件, 电机车的制动性能很大程度上取决于比例电空阀的特性。作为比例电空阀关键部件的比例电磁铁设计合理时, 其输出的电磁力与线圈中的电流大小成正比关系, 对提高比例电空阀的性能有很大帮助。文中对一种具有盆底结构的比例电磁铁进行了结构设计, 并对30Kg推力的比例电磁铁关键参数进行了计算。
关键词：电空制动,比例电磁铁,比例电空阀
参考文献
[1]章宏甲, 黄谊, 王积伟.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社, 2012.5.
[2]姚寿文.长大货物列车电控空气制动系统及防滑器的智能控制研究[R].北京:铁道部科学研究院, 2010.6.
[3]王爱乐, 卜庆华.比例电磁阀用直线电机几个关键参数的设计[J].微电机, 2012 (2) :24~27.
[4]龙海涛, 夏寅荪, 谢胜强.高速列车制动系统电空转换装置[J].上海铁道大学学报, 2008, 19 (10) :73-77.
电磁制动器 篇7
1 太原煤科院EBZ160掘进机介绍
1.1 太原煤科院EBZl60掘进机的特点
太原煤科院EBZl60掘进机是一种中型掘进机, 整机具有以下特点:1) 截割部可伸缩, 伸缩行程为550mm;2) 具有内、外喷雾, 外喷雾前置, 合理设计喷嘴位置, 强化外喷雾效果;3) 铲板底部大倾角, 整机地隙大, 爬坡能力强;4) 中间运输机平直结构, 与铲板搭接顺畅, 龙门高、运输通畅;5) 本体、后支承箱体形式焊接结构, 刚性好, 可靠性高;6) 液压系统采用恒功率、压力切断、负载敏感控制;7) 电气系统采用新型综保, 模块化设计, 具有液晶汉字动态显示功能;8) 重心低, 机器稳定性好。
1.2 主要用途及适用范围
该机主要用于煤岩硬度≤f7.5的煤巷、半煤岩巷以及软岩的巷道、隧道快速掘进, 能够实现连续切割、装载、运输作业。最大定位截割断面24m2, 最大截割硬度≤75Mpa, 纵向工作坡度±16°。
2 太原煤科院EBZ160掘进机电磁启动器的原理
隔爆型磁力启动器是将隔离开关、接触器、熔断器、过热过流继电器、按钮等元件都装在隔爆外壳内, 用来保护和控制电动机。矿用隔爆磁力启动器的型号较多, 但结构和使用方法基本一致。启动器主要由装在撬形底架上的方形隔爆外壳, 包括可拆卸的控制板装配、前门及电器件装配等部分组成。外壳的前门为平面止口式, 当前门右侧中部的机械闭锁解锁后, 可以抬启启动器左侧固定于铰链上的手把, 转动前门即可关闭 (转动前门时, 注意操作手把的抬起高度, 避免操作手把上部凸轮与铰链顶撞) 。
1) 启动前, 将换向开关打至正向或反向位置, 变压器T有电, 综合保护ADB电源指示灯亮, 其漏电检测端开始对主回路进行绝缘监测, 如绝缘电阻大于规定值, 则其常开接点闭合, 可以启动。否则, ADB实行漏电闭锁, 启动器无法启动。2) 启动过程:a.近控:将先导插件XDZ中的钮子开关SA4拨到“近控”位置, 转换开关SA2打到“单台”位置, 然后将转换开关SA1旋向“启动”位置, 则继电器KAl吸合, 继电器KA2吸合, 断开漏电检测回路, 同时接触器KM吸合并使KAl自锁, 主回路接通, 完成启动过程。将转换开关SAl旋向“停止”位置, 则接触器KM等断电释放, 漏电检测回路接通, 准备再启动。b.远控:将钮子开关SA4拨到“远控”位置, 其余操作及原理与上同, 可实现远方控制。3) 程序控制:指联台使用, 即第1台控制第2台或N台。并将第一台的转换开关SA4打到“联台主机”位置, 其余各台均打到“联台从机”位置, 同时, 最后一台要将6#、7#端子短接。第一台启动后, 经1~10s (可调) 延时, 第二台开始启动。如在1~10S (可调) 内第二台启动失败, 则第一台自动停止, 实现前后联动控制, 多台运行依次类推。4) 在启动和运行过程中, 当线路发生过流、过载、断相故障时, ADB动作, 断开控制回路电源, 从而切断主电路, 达到保护之目的。经复位后 (按钮SB) , 启动器可重新启动。当过电流太大, 超过接触器的分断能力时, ADB将闭锁本启动器的保护单元, 而由上一级保护装置切断过电流, 达到保护作用。根据接触器的极限分断能力, ADB的短路闭锁值设定在4500A±5%。
3 太原煤科院EBZ160掘进机电磁启动器的真空改造
矿用隔爆兼本安型真空电磁启动器由方形外壳和抽屉式电器芯架组成。外壳分为主腔和接线腔两部分。主腔前面为平面卡块式平移快开门, 主腔内装有接触器、换向开关、继电器、变压器、先导组件及启动、停止和试验按钮等。接线腔盖板和壳体连接为螺栓紧固, 启动器采用橡胶密封圈式电缆引入装置。交流真空电磁启动器由隔离换向开关、交流真空接触器、电流互感器以及控制保护装置等组成。控制保护器是启动器的核心部分, 控制电动机的启停并完成各种保护。
3.1 启停控制
真空电磁启动器对电动机的启停控制有本地控制、远程控制和工作面的集中控制。本地控制即通过启动器上的近控按钮实现电动机的控制, 在调试启动器以及输送机时使用;远程控制电路为本质安全型电路, 可实现煤矿井下电动机的远距离控制;启动器设有本质安全型的联控接口以实现综采工作面多种电气设备的集中控制。
3.2 闭锁控制
启动器设计有闭锁功能, 可以实现外部设备对启动器的控制。当电动机停止时, 外部关联设备闭锁, 启动器不能启动电动机;当电动机运行时, 外部关联设备闭锁, 启动器控制电动机停止运行;只有外部关联设备解除闭锁, 启动器才能正常控制。
3.3 速度切换有手动和自动两种方式
手动控制即在双速工作状态下, 电动机由低速运行转换为高速运行是人工手动进行操作;自动控制即在双速工作状态下, 根据电流原则电动机从低速运行状态自动转换为高速运行状态。
启动器为长方体结构, 整个箱体分为进线腔、主控腔和出线腔三个独立的腔室。箱体为隔爆结构, 控制保护器装在主控腔的圆形前门上。该启动器为矿用隔爆兼本质安全型真空电磁启动器, 四回路组合, 可作为双速双回路控制也可单独控制四个单回路。采用计算机微处理器技术, 根据实际工况计算机软件编程完成各种功能, 将控制、保护和显示融为一体, 从而使电气结构大大简化, 控制和保护功能增强, 状态显示采用液晶汉字系统, 方便了使用。交流真空电磁启动器设计为双速、可逆启动时可用来控制掘进机, 实现掘进机自动控制:低速启动———负荷电流下降到额定电流的1.1倍时高速运行———同步开关 (距终端10.5m) ———低速运行———终端开关———停机并延时自动返向运行。
4结论
控制保护器接收外部按钮控制信号后发出指令控制相应的接触器动作, 从而实现对电动机的启停、速度切换控制, 电动机的电流信号经电流互感器变换后经过整定送到控制保护器, 控制保护器经过运算、判断, 进而对电动机实施保护。
参考文献
[1]苏健, 甄瑞洁.浅谈矿用隔爆型真空磁力启动器在煤矿中的应用[J].山东煤炭科技, 2013.
[2]戈文行, 张卫国.基于PLC的矿用隔爆兼本安真空启动器控制系统设计[J].煤矿机械, 2012.
[3]武卫红.真空磁力启动器BQD23-315开关的应用[J].河南科技, 2012.