縫紉機(jī)用無刷直流電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的研制
周賢韜 徐 衛(wèi) 朱世益 麻志德(蕪湖電機(jī)廠241000)
摘 要 介紹了工業(yè)縫紉機(jī)用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制及特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了產(chǎn)品的電磁設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
敘 詞 永磁電機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 引 言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，適應(yīng)高檔服裝生產(chǎn)的高速工業(yè)縫紉機(jī)用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)及其三自動(dòng)控制系統(tǒng)開始大量進(jìn)入我國市場。這種產(chǎn)品功能齊全、性能優(yōu)越，深受服裝工業(yè)界的歡迎。為追蹤國際先進(jìn)水平，提高產(chǎn)品在國際市場的競爭能力，國內(nèi)一些高校和大型企業(yè)相繼開展這類產(chǎn)品的研制工作。我廠同合肥工業(yè)大學(xué)合作研制出sf-13 - 550型永磁無刷直流工縫電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)，其產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)為：功率550w，額定轉(zhuǎn)速3 600～4 000r／min，調(diào)速比1 t 100，正反轉(zhuǎn)，快速起動(dòng)和制動(dòng)(looms)，定位精度高，過載能力大，噪聲、振動(dòng)低。同時(shí)具有實(shí)現(xiàn)工業(yè)縫紉機(jī)的自動(dòng)切線、自動(dòng)返縫、自動(dòng)挑線的三自動(dòng)控制功能。
2 電磁設(shè)計(jì)
稀土永磁無刷直流電機(jī)是由同步電動(dòng)機(jī)、電子逆變電路和位置傳感器組成。
2.1基本工作原理
稀土永磁無刷直流電機(jī)的基本工作原理是借助于反映轉(zhuǎn)子位置的傳感器信號(hào)，遁過驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)逆變電路的功率開關(guān)元件，使電樞繞組依一定順序饋電，從而在氣隙中產(chǎn)生步進(jìn)旋轉(zhuǎn)磁場，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，位置傳感器不斷輸出信號(hào)，從而改變電樞繞組的通電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
2.2設(shè)計(jì)方法
設(shè)計(jì)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)和普通直流電動(dòng)機(jī)有所不同，首先是根據(jù)給定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選擇合理的電樞繞組和電子換向電路的組合方式，以及與之相適應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置傳感器形式，然后才能合理進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的磁路和電路的設(shè)計(jì)。
這里考慮了兩種情況，一是氣隙磁場為正弦分布；二是氣隙磁場為方波形式。結(jié)合所選擇的電子線路形式，按照直流電機(jī)的分析方法，推導(dǎo)出稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速，平均電磁轉(zhuǎn)矩，平均電樞電流；通過磁路及電路計(jì)算求出電機(jī)的所有指標(biāo)及工作特性。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
2-3氣隙磁場及轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性研究
作為伺服電機(jī)，保持轉(zhuǎn)矩和低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)是很重要的。由于采用電子換向，電機(jī)繞組的供電狀態(tài)是開關(guān)型的，其波形為方波或階梯波。形成的電樞磁場呈步進(jìn)磁場，負(fù)載時(shí)的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子永磁體磁場和步進(jìn)電樞磁場合成。由于電樞磁場的步進(jìn)性，使其氣隙磁場波動(dòng)，進(jìn)而影響電磁轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性。所以步進(jìn)磁場對無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性是至關(guān)重要的。為了提高電機(jī)控制系統(tǒng)的極限調(diào)速比，減小永磁電機(jī)的靜態(tài)定位轉(zhuǎn)矩是一個(gè)重要因素。為了減小定位轉(zhuǎn)矩，除采用斜槽外，槽口應(yīng)由2. 5mm減小到imm，這樣定位轉(zhuǎn)矩可減百分之5左右。相對而言，增大氣隙是一條主要措施，當(dāng)然這要受到磁體用量與工藝諸因素的影響，應(yīng)統(tǒng)籌考慮。
2.4隸磁體工作的可靠性
工業(yè)縫紉機(jī)工作狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是使電機(jī)處于頻繁起、制動(dòng)。對起、制動(dòng)過程，均有起、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩的大小在短時(shí)間可能達(dá)到6倍左右的額定轉(zhuǎn)矩。勢必產(chǎn)生很大的起、制動(dòng)電流。這樣大的電流，對永磁體產(chǎn)生的去磁影響必須引起注意。特別在電機(jī)運(yùn)行在負(fù)載溫升時(shí)，隨著工作溫度的升高，這種去磁作用就越大。若對永磁體的厚度選取不當(dāng)，這種去磁反應(yīng)還將影響到永磁體的回復(fù)線。在設(shè)計(jì)工業(yè)縫紉機(jī)用永磁電機(jī)時(shí)，永磁體的設(shè)計(jì)必須考慮二點(diǎn)：第一是電機(jī)****工作溫度，第二是起、制動(dòng)時(shí)的電樞反應(yīng)去磁作用。
3 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
3.1 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)按上述設(shè)計(jì)，其內(nèi)電勢為1200平頂?shù)奶菪尾�，若它與功率逆變電路匹配，通過適當(dāng)?shù)墓╇姺绞剑梢垣@得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小的工作狀態(tài)。按理論分析，以三相6拍二相通電方式工作，且取，．角為00，可獲得****的平均轉(zhuǎn)矩。
功率開關(guān)器件除導(dǎo)通瞬間過程較為復(fù)雜外，在導(dǎo)通后，實(shí)際上電機(jī)的狀態(tài)可以用公式u= e+/d/／dt+/r描述，而在開關(guān)器件斷開后，如果存在續(xù) |
