縫紉機用無刷直流電動機及其控制系統(tǒng)的研制
周賢韜 徐 衛(wèi) 朱世益 麻志德(蕪湖電機廠241000)
摘 要 介紹了工業(yè)縫紉機用永磁無刷直流電動機及其自動控制系統(tǒng)的研制及特點，重點分析了產(chǎn)品的電磁設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計。
敘 詞 永磁電機無刷直流電動機縫紉機控制系統(tǒng)設(shè)計
1 引 言
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，適應(yīng)高檔服裝生產(chǎn)的高速工業(yè)縫紉機用永磁無刷直流電動機及其三自動控制系統(tǒng)開始大量進入我國市場。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機及其控制系統(tǒng)，其產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)及優(yōu)點為：功率550w，額定轉(zhuǎn)速3 600～4 000r／min，調(diào)速比1 t 100，正反轉(zhuǎn)，快速起動和制動(looms)，定位精度高，過載能力大，噪聲、振動低。同時具有實現(xiàn)工業(yè)縫紉機的自動切線、自動返縫、自動挑線的三自動控制功能。
2 電磁設(shè)計
稀土永磁無刷直流電機是由同步電動機、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的基本工作原理是借助于反映轉(zhuǎn)子位置的傳感器信號，遁過驅(qū)動電路，驅(qū)動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)生步進旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，位置傳感器不斷輸出信號，從而改變電樞繞組的通電狀態(tài)，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
2.2設(shè)計方法
設(shè)計稀土永磁無刷直流電動機和普通直流電動機有所不同，首先是根據(jù)給定的技術(shù)經(jīng)濟指標(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，然后才能合理進行電動機的磁路和電路的設(shè)計。
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，按照直流電機的分析方法，推導(dǎo)出稀土永磁無刷直流電動機的理想空載轉(zhuǎn)速，平均電磁轉(zhuǎn)矩，平均電樞電流；通過磁路及電路計算求出電機的所有指標(biāo)及工作特性。設(shè)計框圖如圖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，保持轉(zhuǎn)矩和低速運行時轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)是很重要的。由于采用電子換向，電機繞組的供電狀態(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磁場，負載時的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子永磁體磁場和步進電樞磁場合成。由于電樞磁場的步進性，使其氣隙磁場波動，進而影響電磁轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性。所以步進磁場對無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性是至關(guān)重要的。為了提高電機控制系統(tǒng)的極限調(diào)速比，減小永磁電機的靜態(tài)定位轉(zhuǎn)矩是一個重要因素。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)縫紉機工作狀態(tài)實質(zhì)上是使電機處于頻繁起、制動。對起、制動過程，均有起、制動轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩的大小在短時間可能達到6倍左右的額定轉(zhuǎn)矩。勢必產(chǎn)生很大的起、制動電流。這樣大的電流，對永磁體產(chǎn)生的去磁影響必須引起注意。特別在電機運行在負載溫升時，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)計工業(yè)縫紉機用永磁電機時，永磁體的設(shè)計必須考慮二點：第一是電機****工作溫度，第二是起、制動時的電樞反應(yīng)去磁作用。
3 永磁無刷直流電動機的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
3.1 永磁無刷直流電動機的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
永磁無刷直流電動機按上述設(shè)計，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�，可以獲得轉(zhuǎn)矩脈動最小的工作狀態(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，實際上電機的狀態(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) |
