永磁传动技术论文范文

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第1篇

【关键词】永磁同步 电动机 低速大扭矩 高效节能

1 引言

随着经济的发展，人类社会对能源的需求也日益增加，石油、煤炭等不可再生资源也日益枯竭，能源紧张也成为了全球共同关注的话题，党的十六届五中全会强调，要加快建设资源节约型，环境友好型社会。同时，国家也提出了推广变频永磁电动机技术的要求，在这种背景下，低速永磁同步电动机技术也日益成熟，广泛运用到了各个行业中。

2 低速永磁同步电动机的特点

永磁同步电动机与传统感应电动机工作原理基本相同，都是由定子产生磁场带动转子，其不同之处在于低速永磁同步电动机由永磁体励磁替代了传统感应电动机的电励磁。永磁同步电动机具有低速大扭矩、结构简单、功率因数高、效率高、体积小、噪声低、可靠性高等显著优点。

低速大扭矩、结构简单。与传统电动机相比，低速永磁电动机的气隙磁场是有永磁体产生的，加上永磁体形状及磁路设计的多样性，这样就可以简化电动机结构，根据需要灵活设计电动机的外形尺寸。传统感应电动机在起动时存在最小转矩，通常来说其最小转矩倍数小于1，而低速永磁同步电动机是变频起动，在起动时无最小转矩倍数的限制，只要负载所需起动扭矩小于最大转矩，都可以顺利起动。在某些领域，传统感应电动机低起动转矩的特性，使其在选型时不得不提高电动机功率来增大起动转矩，以永磁同步电动机设计转速100rpm为例，由公式

可知，相同功率的低速永磁同步电动机与传统4P电动机相比，其起动扭矩是传统电动机的15倍。

效率、功率因数高。传统感应电动机因存在定子电阻和定子电流损耗，稳定运行时风磨耗也占据一定比例，这些因素限制了功率因数的提高；低速永磁同步电动机在运行时不产生无功励磁电流，且风磨耗、杂耗、机械耗等损耗都低于传统感应电动机，这些因素都使永磁同步电动机的效率、功率因素高于传统感应电动机。大量统计表明，就效率而言，同规格永磁电动机比传统感应电动机提高了2～8%。图1是低速永磁同步电动机和传统感应电动机不同负载下的效率、功率因数曲线，从图中可以看出，低速永磁同步电动机在25%～120%额定负载范围内均可以保持较高的功率因数和效率，而传统感应电动机在低负载率或者高负载率时效率、功率因数同额定负载率相比下降很多，在低负载率时下降尤为明显。低速永磁同步电动机这种高效率、高功率因数的优点是传统感应电动机所不具备的。

体积小。对于传统驱动系统，尤其是末级传动需要较低速度时，一般需要异步电动机加减速机或者是异步电动机加2～3级皮带轮减速来实现，这种机构体积庞大且笨重，不仅增加了设计成本，在设备安装方面也占据了大量的空间。而低速永磁同步电动机直驱系统的体积和重量通常不到传统驱动系统的一半，加上可以灵活设计永磁电动机的结构，在设备的安装、调试等方面要求大大降低。

噪声低，运行平稳。应用低速永磁同步电动机的直驱系统取消了减速机、皮带轮等机械减速装置，消除了齿轮啮合或皮带轮传动时的噪声，系统高速运转时由于各个部件中间不平衡带来的噪声、震动大大降低。

可靠性高。机械减速传动装置的取消，消除了中间传动环节的机械故障，同时，由于设备磨损、机械变形、零部件松动等带来的油泄露问题也不复存在，大大提高了传动系统的稳定性，如图1所示。

3 低速永磁同步电动机应用现状

自1831年科学家巴洛发明世界上第一台永磁电动机以来，各国的科技工作者一直在探索永磁同步电动机的发展，但由于永磁材料性能的限制，一直停滞不前。二十世纪三十年代以来，随着铝镍钴和铁氧体材料的先后出现，永磁材料的性能得到了很大的提升，用永磁体做成的电动机也不断的出现在军事装备、工业生产设备、日常家电等领域。但是，由于铝镍钴和铁氧体材料矫顽力偏低、剩磁密度不高等缺陷，永磁电动机性能并没有达到预期效果，加上当时永磁电动机成本较高，在一定程度上限制了永磁电动机的发展。1983年，铷铁硼（NdFeB）永磁材料的出现，极大的提高了永磁材料的各项性能，且加上价格相对便宜，加快了国内外对永磁电动机研究的步伐，研究的重点也逐渐的转移到了工业装备自动化和日常生活领域。随着科学工作者对永磁材料研究的不断深入，永磁材料的电磁性能、耐高温性能也在不断的提升。同时，伴随着电力电子控制技术的发展，与传统电励磁电动机相比，永磁电动机高效节能的优势更加明显，低速永磁同步电动机也朝着大功率化、高转矩化、微型化、智能化等多个方向发展。

目前，由于低速永磁同步电动机低速大扭矩、体积小、输出平稳、高效节能等优点，已经在很多方面作为驱动装置得到应用，如电动车辆、煤炭开采、石油开采、冶金、电梯等领域。在电动车辆方面，日本已将其用于低地板式电动车、独立车轮式电动车上；德国、法国也将永磁同步电动机用于高速列车组和低地板车；在煤炭、石油、冶金、港口起重等工业装备自动化领域，低速永磁同步电动机在保证高性能、高效率、高精度需求的同时，省去了传统传动系统中的机械减速装置，已经成功得到应用；在电梯曳引机上，由于低速永磁同步电动机可以实现无需机械减速装置的直驱运行，日本三菱公司首先采用了永磁同步电动机作为动力源，美国奥迪斯公司研发的GEN2系统也广泛采用了永磁无齿轮曳引机技术。

4 低速永磁同步电动机的发展趋势

目前来看，去除减速机、多级皮带轮等机械减速装置，采用低速永磁直驱系统，更能够充分发挥低速永磁同步电动机的优势。低速永磁同步电动机作为驱动系统动力提供者，正向着专用化、高性能化、轻型化、机电一体化等等方向发展。

4.1 专用化发展

在工业生产领域，有很多设备需要减速机等机械减速装置来减速进而驱动负载，这就需要电动机行业技术人员仔细分析其负载特性，专门设计一种性能优良、运行可靠且价格合理的低速永磁同步电动机，来替代传统传动装置。据统计，有些专用低速永磁同步电动机节电率可以达到20%左右，如油田用到的抽油机电机、泥浆泵电机，陶瓷行业用到了陶瓷球磨机电机等。

4.2 高性能方向发展

S着工业的发展，对电动机的要求不仅仅是简单的提供动力，而是提出了各种各样的性能要求。如航空航天领域要求具备高性能同时，还要具备高可靠性；化纤行业、数控机床、智能加工中心等设备要求电动机具有高调速精度。

4.3 轻型化方向发展

由于安装空间、携带等方面的因素，都对永磁同步电动机提出了重量轻、体积小的要求。如地下煤矿开采、数控机床、医疗器械、船舶推进、便携式机电一体化产品等都有这方面的要求。

4.4 机电一体化方向发展

高性能的永磁电动机是实现机电一体化的基础，电力电子技术、微电子控制技术和永磁同步电动机技术的结合催化出了一批新型且性能优异的机电一体化产品。

5 结语

我国具有丰富的稀土矿产资源，且对以稀土作为原材料的永磁材料和永磁电动机技术研究都已位列世界先进水平，充分发挥这种优势，加快低速永磁同步电动机技术的研究和推广，对加快我国经济建设具有十分重要的意义。低速永磁同步电动机较传统电励磁电动机在性能上有很大优势，但目前在我国工业领域并没有得到广泛应用，其市场还正处在推广阶段。相信随着永磁材料技术的发展、电力电子和驱动装置技术的进步，以及人类社会环境保护意识、能源问题社会意识的提高，在不久的将来，低速永磁同步电动机作为动力的驱动装置会慢慢渗透到工业和日常生活的各个方面，低速永磁同步电动机也将得到广泛应用。

参考文献

[1]杨萌.起重用低速大扭矩永磁同步电动机研究与设计[D].华中科技大学（硕士学位论文），2013.

[2]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[3]王秀和.永磁电机[M]，北京：中国电力出版社，2007.

[4]闫萍，吴梦艳.现代永磁电机技术的研究[J].防爆电机.2014.

[5]王帅.抽油机直驱用低速大转矩永磁电机及其控制系统研究[D].沈阳工业大学（硕士学位论文），2010

作者简介

王锦涵（2000-），女，河南省南阳市人。现为南阳第一高级中学在读学生。

第2篇

[关键词]超环面；机电传动；参数选择；结构分析

中图分类号：TH132.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0093-03

在机械工程领域，机械传动技术是机械工程技术的重要组成部分，在一定程度上标志着机械工程技术的水平。为适应这一趋势，人们一般从以下方面对齿轮及蜗杆传动展开新的研究工作。一、应用现代材料科学技术，研究开发齿轮及蜗轮新材料；二、采用先进制造技术，不断完善高性能齿轮及蜗轮蜗杆齿廓成型技术，提高加工精度；三、运用计算机辅助设计技术，对齿轮及蜗轮蜗杆传动进行齿廓优化、参数优化及机构优化。

随着电子、信息和控制等技术向机械工程领域的不断渗透，传统的机械传动系统也发生了很大变化，跨越旧的机构组成概念，实现机电和控制有机结合的新型复合传动机构已成为机械科学领域的国际性前沿课题。机电集成超环面传动是一种集电、机、控制于一体的新型传动机构。

超环面机电传动系统机构由行星轮、环面蜗杆、环面定子和行星架组成。由于在结构上它具有蜗杆上一个外环面和定子上一个内环面两个环面，所以称其为超环面。同时，由于它是由电磁力替代了超环面行星蜗杆传动机构中的接触啮合力，所以称其为超环面机电传动机构。蜗杆环面上均匀分布螺旋槽，槽内安放电磁线圈，行星轮圆周上均匀安放弧形永磁体，环面定子内环面上均匀安置螺旋形永磁体。

与现有的超环面行星传动相比，它不仅具有环面蜗杆传动震动小、啮合齿数多、结构紧凑、体积小、重量轻、承载力高、传动功率及传动比范围广和传动效率高的优点，它在工作时，是用磁场力替代啮合力，具有无啮合、无和效率高等优点。超环面行星蜗杆传动机构在工作时需要配带电动机，而超环面机电传动机构不需要配带电动机。

在超环面行星蜗杆传动的加工制造方面，国内外的专家、学者一直在进行着不停的研究和探索。我国武汉水运工程学院陈定方教授、哈尔滨工业大学姚立纲博士都对该种传动的制造加工进行了深入的研究。燕山大学许立忠教授于1999年制成国内首台滚锥齿超环面传动试验样机，进行了台架实验，并取得良好的试验效果[6]，之后又对滚锥齿超环面行星蜗杆传动进行了优化设计，有效的减小了样机的体积和质量[7]。

实践证明， 超环面机电传动机构有着其他机构所不具备的很多优点。随着永磁传动技术的快速发展，用磁力线啮合代替机械啮合成为解决摩擦损耗的一个新思路。在实际的加工生产过程中，电动机可以有效的将电能转化为机械能，通常也作为驱动的目的使用，磁性是电动机工作的基础。

电动机是工业中的重负荷机器，有很多类型的电动机，每种类型的电动机都有自己各自的特征和优点。有些电动机是以恒定速度运行的，还有一些电动机会随着负载的增加，在速度上有一定的滑落，而另一些则会由于负载的原因使其速度大幅度降低。

如图1所示为超环面传动机构简图，该机构由定子0、行星轮1、中心蜗杆2和行星架3组成。也正是由于在结构上它具有蜗杆2上一个外环面和定子0上一个内环面两个环面的原因才称之为超环面传动。

中心蜗杆2环面上均匀分布螺旋槽，槽内安放电磁线圈，行星轮1圆周上均匀安置弧形永磁体，环形定子0内环面上均匀安置螺旋形永磁体。由电机学和永磁理论可知在工作的时候，中心蜗杆2由硅钢片叠加而成，外表缠有电磁线圈，接通三相交流电产生空间旋转电磁场，驱动行星轮自转和公转，定子处也有磁场力驱动行星轮公转。

永磁行星轮齿N、S极相间、均匀地嵌在行星轮的圆周上。螺旋定子由若干个钢材或者永磁体制成的空间螺旋梁组成。螺旋梁均匀的嵌在定子支架上，用于吸引行星轮齿沿轨迹运动。

由于该系统是传统意义上的驱动系统和减速增矩系统的集成，因此该传动机构结构紧凑，可以在很小的空间内传递很大的扭矩，特别适合于航空和航天等尖端技术领域以及坦克潜艇等重要军事领域。

超环面机电传动机构传动部分，如图2所示，主要包括电枢蜗杆、永磁行星轮、永磁定子及行星架等部件。超环面机电传动蜗杆由铁心和电枢组成，蜗杆结构为由开口的硅钢片叠加而成，以便于减少涡流损耗，硅钢片中间由一根芯轴固定，外面呈现超环面的内环面部分。开口按一定的规律在内环面上加工出电枢槽，用以安放电枢导线。

超环面机电传动系统是在超环面行星蜗杆传动的基础上，对各个组成零件进行机电组合而得到。行星轮仍然是该传动的中心构件，根据行星轮的结构及运动特点，行星轮结构采用永磁励磁方式，永磁励磁与电流励磁相比，不需要励磁电流，不设电枢导线，结构简单，使用方便，可靠性高，在一定范围内，可以具有比电磁式更小的体积和重量，从而减小整个传动机构的重量和体积。

超环面机电传动机构在行星轮圆周上安置永磁体，N、S极由隔磁材料隔开，齿数为偶数，形成永磁行星轮；为了能更好地控制输入转矩，蜗杆采用电流励磁方式，三相交流电枢均匀地嵌于蜗杆表面，通过控制三相交流电的频率和强弱，进而控制整个机构的转速和力矩，电枢的缠绕方式取决于需要的磁极数目和行星轮齿数，在整体结构上类似于电动机的定子结构；为了获得较大的输出力矩，定子也采用稀土永磁励磁，结构简单， 便于加工， 解决了超环面行星蜗杆传动定子加工难的问题。

在超环面机电传动机构中， 分别存在两个磁回路， 对应于蜗杆与行星轮啮合和定子与行星轮啮合， 从原理上来说蜗杆与行星轮啮合相当于电动机， 蜗杆线圈通电产生旋转磁场带动行星轮转动， 这样行星轮上磁极的磁力线通过气隙到达蜗杆旋转磁场磁极， 蜗杆由硅钢片叠加而成， 磁力线通过硅钢片到达蜗杆的另一磁极，经过气隙回到行星轮磁极， 经过行星轮体完成磁力线的闭合。

超环面机电传动系统的主要优点就是能实现系统的内部减速，可以实现较大的传动比。我们把系统的传动比定义为：输入的旋转电磁场的转速与输出轴转速之比[1]。超环面机电传动的传动比计算分成两种情况：环面定子固定和行星架固定。

磁齿轮的啮合与普通齿轮的啮合有根本的不同，普通齿轮啮合时，靠接触线或接触点，通过接触处材料的弹力传递机械力， 实现传动；而磁齿轮啮合实际上是两个磁极的正对面相互对齐，靠彼此之间的磁力作用传递运动。根据电磁理论，电枢合力方向为齿槽面的法线方向，可分解为三个相互垂直方向的作用力，使行星轮发生自转和公转，带动行星架转动， 实现运动的输出。

行星轮受力分析如图3示，中心蜗杆表面上均匀排布N 极、S 极间隔的稀土永磁体， 定子的内环面上也均匀排布N 极、S极间隔的螺旋形稀土永磁体。当中心蜗杆的电枢接通三相交流电时， 在其周围将产生旋转磁场，行星轮在蜗杆和环面定子两处将受到磁场力的共同作用，在这两处磁场力的共同作用之下， 行星轮将在自转的同时还绕中心蜗杆轴线公转，支撑行星轮的行星架将在行星轮的驱动之下作自转运动， 行星架的自转运动就是该机构的输出运动。

设行星轮轮齿在任一转角ψi处与中心蜗杆啮合， 即行星轮上一个永磁体与蜗杆旋转磁场在这个位置有磁场力作用。Fni表示此刻行星轮受到的磁场力，即法向力。Fai和Fti分别表示其轴向分力和切向分力。在超环面机电传动机构中， 行星轮上永磁体与蜗杆间气隙非常小，如果把行星轮上均匀分布的永磁体当量为一段通电导体， 这个当量通电导体可以近似认为与中心蜗杆电磁场平行。那么可以得到中心蜗杆与行星轮之间的磁力作用， 如图3所示的法向力Fni，即：

（1）

式中： Fni――中心蜗杆与行星轮之间的法向力N；

B――中心蜗杆旋转磁场与行星轮永磁体磁场的合磁场强度， T；

L――行星轮上均匀分布永磁体的有效长度，mm；

Id――行星轮永磁体磁场当量电流强度， A 。

切向分力Fti提供行星轮自转驱动力矩Ti， 轴向分力Fai驱动行星轮公转， 行星轮自转的同时要与定子啮合。定子上螺旋分布的永磁体与行星轮上均匀分布的永磁体产生磁力， 这个磁力与在蜗杆处受到的磁力一样， 可以分解为一个轴向分力F’ai和一个切向分力F’ti。F’ti施加行星轮自转阻力矩T’1。T1与T’1大小相等。

超环面机电传动机构中，行星架与所有行星轮中心轴连在一起，所有行星轮的公转力矩共同形成行星架的输出力矩。对于每一个行星轮，它的公转力矩分为两个部分，一部分是蜗杆处的轴向力对蜗杆中心轴形成的力矩，另外一部分是定子处的轴向力形成的力矩。这两部分力矩共同形成一个行星轮的公转力矩Tni。即：

（2）

式中，φ1――蜗杆啮合点处的位置角，rad；

ψ1 ――定子啮合点处的位置角，rad；

a――蜗杆与行星轮的中心距，mm。

超环面机电传动机构输出力矩具有以下特征：

1、输出力矩与行星轮个数m，合磁场强度B，永磁体当量电流强度Id，行星轮永磁体的有效长度L，行星轮半径R等因素成正比的关系。

2、当其他因素相同，改变行星轮齿数将改变啮合时中心蜗杆对行星轮包围的齿数，以及包围齿数突变点的位置。但是，输出力矩并不是随着行星轮齿数的增加而增加的，因为行星轮齿数的增加并不一定能增加行星轮与中心蜗杆的啮合。

杆上齿槽分布情况确定以后，线圈具体的缠绕方式可以参考电机绕组的缠绕方式。由于蜗杆布线槽形状比较复杂，为提高齿槽的利用率，使绕线嵌线方便， 蜗杆绕组一般采用单层型式、链式绕组。

根据环面蜗杆与行星轮的啮合情况，电枢分布有两种形式：行星轮齿完全啮合，和蜗杆齿完全啮合两种情况。无论采取何种啮合方式最终产生的电磁齿与行星轮的齿都存在一定的啮合关系。随着a/R的增加，蜗杆电枢和定子梁的螺旋角减小，行星轮与蜗杆之间的啮合齿数增加；随着极对数的增加，蜗杆电枢和定子梁的螺旋角增加，极对数越多啮合点也越多。

n=0时，表示行星轮和蜗杆全部完全啮合。螺旋角的表达式可以统一，根据超环面机电传动系统的正确啮合条件方程式，可知超环面机电传动必须满足以下表达式：

（3）

中心蜗杆的极对数是成对出现的，有一个N极就必然有一个S极与其对应。所以中心蜗杆的齿数可以用极对数p表示，即Z2=2p，p取自然数。所以当中心蜗杆每增加一对极，通过行星轮与之啮合的定子齿数就应增加两个。用Z0表示定子齿数，可得定子齿数与极对数存在如下关系：

（4）

其中，p为环面蜗杆极对数，λ0为环面定子的螺旋角，λ2为蜗杆齿槽螺旋角，N为包含0的正整数。

综上所述，可以得出tanλ2，tanλ0，p和Z1四者之间的关系，在实际计算过程中由于行星轮转角Φ1一直在变化，所以定子梁螺旋角和电枢螺旋角也一定随之变化，但是变化幅度很小，因此螺旋角通常取平均值代替。

机械传动在机械工程领域中占有重要的地位，随着机械工业的发展，越来越需要集成化的传动机构。本论文提出了一种新型复合传动机构―超环面机电传动机构，并对该机构从驱动机理、啮合分析、传动比分析及结构参数选择与设计等方面进行了研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实用价值。

参考文献

[1] 孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编 机械设计.沈阳：东北大学出版社2000.

第3篇

【关键词】伺服系统；永磁同步电机；直流无刷电机

一、概述

从70年代后期到80年代初期，随着微处理技术，大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展，其性能价格比的日益提高，交流伺服技术－交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。目前，高性能的伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电机，永磁同步电机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能并可实现弱磁高速控制，能快速、准确定位的控制驱动器组成的全数字位置伺服系统。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，经大力推广和应用已有研究成果，其在工业生产领域中的领域也越来越广泛，正向大功率化（高转速、高转矩）、高功能化和微型化方面发展。

二、永磁同步电机伺服系统的基本结构

永磁同步电机伺服系统除电机外，系统主要包括驱动单元、位置控制系统、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元、电流反馈单元、通讯接口单元等。

1．永磁式交流同步伺服电机。永磁同步电机永磁式同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点。和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等需要更多维护给应用带来不便的缺点。相对异步电动机而言则比较简单，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好，但存在最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较小，成本高和起动困难等缺点。与普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。

2．驱动单元。驱动单元采用三相全桥自控整流，三相正弦PWM电压型逆变器变频的AC-DC-AC结构。设有软启动电路和能耗泄放电路可避免上电时出现过大的瞬时电流以及电机制动时产生很高的泵升电压。逆变部分采用集驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块(IPM)。

3．控制单元。控制单元是整个交流伺服系统的核心， 实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。具有快速的数据处理能力的数字信号处理器(DSP)被广泛应用于交流伺服系统，集成了丰富的用于电机控制的专用集成电路，如A/D转换器、PWM发生器、定时计数器电路、异步通讯电路、CAN总线收发器以及高速的可编程静态RAM和大容量的程序存储器等。

4．位置控制系统。对于不同的信号，位置控制系统所表现出的特性是不同的。典型的输入信号有三种形式:位置输入（位置阶跃输入）、速度输入（斜坡输入）以及加速度输入（抛物线输入）。位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器是实现数字反馈控制性价比较高的器件，还可以依靠磁极变化检测位置，目前正处于研究阶段，其分辨率较低。

5．接口通讯单元。接口包括键盘/显示、控制I/O接口、串行通信等。伺服单元内部及对外的I/O接口电路中，有许多数字信号需要隔离。这些数字信号代表的信息不同，更新速度也不同。

三、对当前两种不同的永磁同步电机伺服系统的分析

由于转子磁钢的几何形状不同，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形就有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。这样就造成同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM）调速系统。

PMSM不需要励磁电流，在逆变器供电的情况下不需要阻尼绕组，效率和功率因素都比较高，体积也较同容量的异步机小。PMSM通常采用矢量控制和直接转矩两种控制方式。矢量控制借助与坐标变换，将实际的三相电流变换成等效的力矩电流分量和励磁电流分量，以实现电机的解耦控制，控制概念明确；而直接转矩控制技术采用定子磁场定向，借助于离散的两点是调节，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，其控制简单，转矩响应迅速。PMSM的矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度和位置控制，但是它的传感器则给调速系统带来了诸如成本较高、抗干扰性和可靠性不强、电动机的轴向尺寸较长等缺陷。另外，PMSM转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。

转贴于

BLDCM组成的伺服系统具有转速平滑，响应快，易于控制等特点，但若按照常规的控制方法，其转速直接与电压相关，易受电源波动和负载波动的影响。BLDCM类似于PMSM转子上也有永磁磁极，定子电枢需要交变电流以产生恒定转矩，其主要区别是前者的反电势为梯形波，而后者的反电势为正弦波。但由于电磁惯性，BLDCM的定子电流实际上为梯形波，而无法产生方波电流，并由集中绕组供电，所以BLDCM较PMSM脉动力矩大。在高精度伺服驱动中，PMSM有较大竞争力。另一方面，PMSM单位电流产生的力矩较BLDCM单位电流产生的力矩小。在驱动同容量的电动机时，PMSM所需逆变器容量大并且需要控制电流为正弦波，开关损耗也大很多。

PMSM的交轴电抗和直轴电抗随电机磁路饱和等因素而变化，从而影响输出力矩的磁阻力矩分量。PMSM对参数的变化较BLDCM敏感，但当PMSM工作于电流控制方式时，磁阻转矩很小，其矢量控制系统对参数变化的敏感性与BLDCM基本相同。当电机转速较高，无刷直流电机反电势与直流母线电压相同时，反电势限制了定子电流。而永磁同步电机能够采用弱磁控制，因此具有较大的调速范围。

四、永磁同步电机伺服系统的国内外发展现状

早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人对永磁同步电机的直接起动方面做了大量的研究工作。在上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电机进行了深入的研究，其供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但多数情况下无阻尼绕组。并在该时期发表了大量的有关永磁同步电机数学模型、稳态特性、动态特性的研究论文。A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性。

随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法。可设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机。

近年来微型计算机技术的发展，永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大的发展。D.Naunin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用了十六位单片机8097作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。八十年代末，九十年代初B.K.Bose等发表了大量关于永磁同步电动机矢量控制系统全数字控制的论文。

九十年代初期，R.B.Sepe首次在转速控制器中采用自校正控制。早期自适应控制主要应用于直流电机调速系统。刘天华等也将鲁棒控制理论应用于永磁同步电机伺服驱动。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能，N.Matsui，J.H.Lang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制 由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似，并且具有良好的鲁棒控制特性，因此，在电机控制领域有广阔的应用前景。

随着人工智能技术的发展，智能控制已成为现代控制领域中的一个重要分支，电气传动控制系统中运用智能控制技术也已成为目前电气传动控制的主要发展方向，并且将带来电气传动技术的新纪元。目前，实现智能控制的有效途径有三条：基于人工智能的专家系统（ExpertSystem）;基于模糊集合理论（FuzzyLogic）的模糊控制；基于人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）的神经控制。B.K.Bose等人从八十年代后期一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了可喜的研究成果。

参考文献

[1]林正，钟德刚，陈永校，等．同步型永磁交流伺服系统控制技术评述[J]．微电机，2005，（38）.

[2]高性能交流永磁同步电机伺服系统现状[J]．自动化控制系统，2007．

[3]刘嘉亮．交流永磁同步电动机伺服系统[J]．

第4篇

论文摘要：交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。本文论述了交流调速传动的现状和发展

交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术

功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用PWM控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或“PWM整流器”）。网侧变流器采用PWM控制的变频器称为“双PWM控制变频器”，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。

随着电压型PWM变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，PWM技术的研究越来越深入。PWM利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类：正弦PWM、优化PWM及随机PWM。正弦PWM包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种PWM方案。正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能，因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会导致大的开关损耗，而且大功率器件如GTO的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化PWM技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法（SelectedHarmonicEliminationPWM——SHEPWM）、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM技术的范畴。普通PWM变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分，谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声，其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围，将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提高功率器件的开关频率，但这种方法会使得开关损耗增加；另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机PWM技术。

2应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，VVVF控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，滑模（Slidingmode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元网络控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。

3广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（DigitalSignalProcessor--DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit--ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

第5篇

论文摘要：交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。本文论述了交流调速传动的现状和发展

交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术

功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用PWM控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或“PWM整流器”）。网侧变流器采用PWM控制的变频器称为“双PWM控制变频器”，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。

随着电压型PWM变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，PWM技术的研究越来越深入。PWM利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类：正弦PWM、优化PWM及随机PWM。正弦PWM包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种PWM方案。正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能，因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会导致大的开关损耗，而且大功率器件如GTO的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化PWM技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法（SelectedHarmonicEliminationPWM——SHEPWM）、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM技术的范畴。普通PWM变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分，谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声，其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围，将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提高功率器件的开关频率，但这种方法会使得开关损耗增加；另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机PWM技术。2应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，VVVF控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，滑模（Slidingmode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元网络控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。

3广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（DigitalSignalProcessor--DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit--ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

第6篇

【关键词】DSP；电机；控制系统；数字信号；传输

DSP是一种专用的综合性的微处理器，能够告诉输入和输出数据，其是专门处理以运算为主的信号处理应用系统。90年代DSP揭开了计算机、消费类、通信、军事、汽车等电子市场的新纪元，在这些技术高速发展的同时，又反过来促进了数字信号处理器技术的发展。

一、DSP的电机控制系统概述

常见的数字式闭环电机饲服控制系统原理较为简单，该系统一般由电机、DSP、驱动放大电路、光盘编码器等组成。当DSP接受主机发出的参考输入时（转动角速度及方向），将数据转换为PWM输出，经过驱动放大送给电机，进而产生输出。再通过编码器来检测电机的转动方向和角度，反馈回DSP系统，形成闭环控制，进而达到有效地控制运动精度。如下图所示：

图1 电机控制示意图

设计以DSP为核心的电机控制系统平台对实现多个电机进行控制非常有必要。与其它控制系统相比，电机DSP控制系统有如下优越性：

1、DSP采用哈佛结构或者是改进的哈佛结构，使数据和程序相互独立的总线结构提高了计算能力。因此可以实现比较复杂的控制规律，如智能控制、优化控制等，将现代算法和控制理论的应用得以体现。

2、简化了电机控制器的硬件设计难度，降低了整体的重量，缩小了体积，降低了能耗。

3、DSP芯片内部设计，在一定程度上为元器件的可靠性和稳定性提供了保证，从而会使整个系统的可靠性得到提高。

4、通过DSP控制系统，使得软件的灵活性和硬件的统一性得到了有机的结合，DSP电机控制电路可以统一，如DSP控制三相逆变器驱动相应的感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机或用改进后的逆变器驱动直流电机等，它们的硬件电路的结构大致相同，我们只需要针对不同的电机，编写和设计出不同的控制规律即可，进而使得系统的灵活性大大提高。

二、电机控制系统的发展

从主传动机电能量转换的角度来看，电机控制系统主要经历了：机械控制系统（如齿轮箱变速）、机械和电气联合控制系统（如感应电机电磁离合器调速）、全电气控制系统（基于电力电子电源变换器的电机控制系统）；而从控制电路的角度来看，经历了模拟电路、数字电路、模拟混合电路、全数字电路控制系统；从控制策略的角度来看，主要经历了从最初的低效有级控制发展到现在的高性能智能型控制。电机运动控制系统主要指电机的位置控制系统或位置伺服系统。电机的运动控制系统是通过电机伺服驱动装置，通过编制指令将期望的运动路线得以实现。虽然系统的功率不大，但是对运动轨迹的准确性要求较高，并能频繁启动和制动，该技术在导航、雷达、机器人、数控机床、磁盘驱动器，以及全自动洗衣机等领域得到广泛应用。

三、电机控制系统的类型

在电气传动系统和位置伺服系统中，经常需要使用各种各样的驱动电机，如永磁同步电机、无刷直流电机、直流电机、感应电机、步进电机等。目前常见的电机控制系统主要有以下几种：

（一）直流电机控制系统

直流电机由于励磁磁场和电枢磁场完全解藕，可以独立控制，具备良好的调速性能，出力大，调速范围宽和易于控制，广泛用于拖动系统中，目前在各种推进系统中也仍有着广泛的应用。

（二）感应电机控制系统

感应电机定子一般为多对称多相绕组，转子可以是绕线式，也可以式鼠笼式绕组。不同的转子结构，使用不同的控制策略。例如绕线式感应电机可以达到转子串电阻调速、串级调速等目的，而鼠笼式感应电机可以实现电子变频、变极调速的要求。现代交流感电机控制系统主要有以下几种：转差频率控制系统、矢量变换控制系统、直接转矩控制系统、智能控制系统，以及空间矢量调制控制系统等。

（三）同步电机控制系统

永磁交流电机的驱动电源波形主要有正弦波和方波两种。前者称为永磁同步电机，而后者称为直流无刷永磁电机。永磁无刷直流电机的特点是磁极位置检测与无换向器电机一样比较简单，通常为磁敏式霍尔传感器，驱动控制易于实现，主要应用在恒速驱动、调速驱动，以及一些精度要求不很高的领域。而正弦波驱动永磁同步电机的控制系统，电机转子采用的是永磁材料，电子绕组和普通同步电机一样，为对称多相正弦分布绕组。它主要应用在恒速、调速驱动和精度要求很高的位置伺服系统。当前国际国内学者研究较多的是转矩脉动、削弱齿谐波、消除位置传感器技术。

（四）变磁阻电机控制系统

变磁阻电机主要是由反应式步进电机、同步磁阻电机、开关磁阻电机等组成。步进电机做为电磁式增量运动执行的元件，它的作用是将输入的电脉冲信号转换成执行的线位移和机械角位移信号，从而完成执行操作。所以我们又称步进电机为脉数字电动机或者是冲电动机。简而言之，它是主要用作数字控制装置的执行元件，直接控制者电机旋转角度，切旋转角度与脉冲数成正比关系， 因此电机转速与输入脉冲频率成比例。步进电机的控制一般是采用的开环控制，它的有点使控制系统简单并具有很高的精度。可以改变绕组的励磁顺序实现步进电机的正反转控制。

四、电机DSP控制存在的常见问题

结合自己工作实际，我个人认为在电机的DSP控制中还存在以下不足，有待我们日后解决，具体如下：

（一）控制系统结构需进一步优化

电动机作为控制系统中主要动力执行元件之一，在具体控制系统中起着拖动机械负载实现位置伺服、速度调节、转矩或力控制调节的作用。对于常见的闭环电机控制系统，属于机械运动正向控制，一般由传感、机电祸合关系、信号检测和电气控制这几个部分。机械运动控制通过外部给定的位置信号和转子位置传感器检测的位置信号比较，进而获得位置误差信号。控制系统中的信号检测主要指的是转子位置的检测，以及电压与电流的检测等。我们首先要解决的问题是如何利用检测到的电机转子位置、电流和电压信号观测电机内部磁场的变化。其次是如何反映电机产生的电磁转矩大小，以便有效地控制电机的电磁转矩。

（二）DSP控制的硬件需及时更新

基础以DSP为基础构建的电机控制系统，其硬件资源主要包括：信号检测与转换、PWM控制器、系统接口等等。随着科技快速发展，各设备技术更新较快，为了保证控制系统的高效运行，就必须及时更新DSP控制的硬件。此外控制系统中信号检测是必不可少的，尤其是在闭环控制系统中，状态信息的检测也十分重要，我们必须严格按照工作要求，认真做好信号检测，及时发现、解决问题。而检测信号又分为电量和非电量两大类。电量信号有电流、电压和电功率等；非电量信号包括位置、力或转矩、速度和温度等。这些变量的检测主要是通过传感器将非电量信号转换成电信号再来检测。

参考文献：

[1]刘鼎.基于DSP的永磁无刷直流电机模糊控制系统的研究与实现[D].湖南大学.2010

[2]张琛编著.直流无刷电动机原理及应用[M].机械工业出版社.2004

第7篇

关键词 电动汽车;驱动控制;轮毂电机

中图分类号：TM36 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0041-01

电动汽车，是在传统燃油汽车面临能源危机与环境污染两大难题时，得到重视和发展的，并被视为解决上述两大难题的有效途径。它是车辆工程、电子信息、新能源技术、计算机、自动控制等多学科交叉技术的集成，更容易使车辆电子化、信息化，从而提高车辆智能控制水平。电动汽车电机驱动控制技术作为电动汽车关键技术之一，一直是国内外学者研究的重点。

1 驱动系统种类及驱动控制算法

目前，电动汽车的驱动系统按所使用的驱动电机类型不同可以分为交流感应电机、直流电机、开关磁阻电机、永磁同步电机、永磁无刷直流电机等驱动系统。电机驱动系统是电动汽车研究开发的重点之一，就目前而言，单电机配合减速器和差速器驱动车轮是电动汽车驱动的普遍方式。考虑到各地的差异性及车辆的通用情况，目前大多数控制策略及控制方法的研究都通过软件模拟仿真。山东大学的李珂等建立电动汽车异步电机仿真模型以及与之对应的控制模型，实现了对纯电动汽车动力性能仿真[1]。Z.Rahman等人，根据电动汽车驱动电机转速范围、车辆行驶对电池组能量需求、驱动电机工作效率、车辆传动系数，以建模仿真的方式来确定动力驱动系统关键部件的选型[2]。Mehrdad Ehsani等人，则利用电动汽车续航里程和行驶的动力需求为主要优化目标，对匹配纯电动汽车动力参数优化算法进行了深入研究[20]。王庆年，丁永涛等人，在MATLAB/SIMULINK环境下完成了整车的并联式控制策略的建模。所得出的研究结果表明，所开发电动汽车正向仿真平台正确性、可靠性，对提高电动汽车初期研发效率、降低电动汽车的研发成本具有非常重要的现实意义。

2 电动汽车轮毂电机驱动技术

早在上世纪中期，名叫ROBERT的美国人将驱动电机、传动/制动装置全部集成在轮毂上，研发了最初的电动汽车轮毂。该类电机根据其安装的方式不同，又分为轮毂电机驱动、轮边电机驱动两种结构。轮边电机驱动，它是将驱动电机固定在车架位置，电机的输出轴直接把驱动转矩传递给驱动轮，电机与车轮之间彼此相对独立，只通过电机输出轴或其它变速机构联接，减轻了车轮惯性力及车辆颠簸程度。轮毂电机驱动在结构上与轮边电机驱动有所不同，它是把驱动电机直接安装在车轮的轮毂内直接驱动车轮。这种结构省略了传统燃油汽车上面一系列的传动装置，大大提高了驱动效率，使系统结构更加简单。在2005年，美国德州大学教授E.J.Triche等人对轮毂电机直接驱动的混合动力及纯电动军用车辆的冲击载荷进行了相关的仿真和实验[4]。K.Cakir和A.Sabanovic设计了直接驱动电动汽车的电气系统，创建了电机三维模型，通过优化设计，使得该轮毂电机驱动系统很好的匹配实验车辆[5]。2012年，Perer Juris等人研究了温度对轮毂电机驱动系统的影响，运用有限元方法对轮毂电机进行瞬时热力学仿真分析，结果表明：过高的温度会导致轮毂电机的驱动失效，并导致永磁铁失磁。在国内，同济大学余卓平教授等，对四轮轮毂驱动的电动汽车路面附着系数估算方法进行了深入分析研究。他们利用电动汽车轮毂电机测速准确、驱动力响应迅速等特点对车辆行驶路面的附着系数进行估算，通过这种方式能有效防止车辆行驶时车轮滑转，确保车辆的行驶稳定性。2012年，张立军等人建立了包括电机转矩波动动力学模型与充气轮胎刚性圈动力学模型的系统耦合动力学模型，并进行了时频域特性分析。此外，北京理工大学在轮毂电机驱动方面也有较深入研究，如谢邵波，林诚对前轮轮毂电机驱动的电动车行驶稳定性进行研究，通过实验仿真，验证了其设计的控制策略可提高车辆横摆稳定性。

3 结论

目前，国内外在电动汽车电机驱动控制方面的研究已涉及各个方面，从目前研发的进程状况来看，国内外基本处于同一起跑线上，国外略处于领先地位。另外，在电机驱动系统中，绝大部分研究焦点都集中于对电机本体的研究，没有与电动汽车整车控制需求相结合。将电机驱动控制策略与车辆行驶工况紧密结合来提高驱动效率的相关报道较少。

参考文献

[1]陈勇，张大明，等.电动汽车用异步电机矢量控制系统仿真分析[J].上海交通大学学报，2007，19（16）：3761-3765.

[2]Rahman Z，Ehsani M，Butler K L，An Investigation of Electric Motor Drive Characteristic for EV and HEV Propulsion Systems[C].SAE paper.2000-01-3062.

[3]Kowal J，Gerschler J B，et.Efficient battery models for the design of EV drive trains[C].14th Inernational Power Electronics and Motion Contorl Conference，2010，31-38.

[4]Ehsani M，Gao Y M，Emadi A.Modern Electric，Hybird Electric，and Fuel Cell Vehicles Fundamentals，Theory，and Design[M]，Boca Raton：CRC Press，2010.

[5]K.Cakir A.Sabanovic.In-wheel Motor Design for Electric Vehicles[C].Proceedings of IEEE AMC06-Istanbul，Turkey.2006.6：13-20.

[6]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京：科学出版社，2009.

[7]王葳，张永科，刘鹏鹏.无刷直流电机模糊PID控制系统研究与仿真[J].计算机仿真，2012，29（4）：196-199.

[8]朱颖合.自适应模糊PID控制器的研究与应用[D].杭州：杭州电子科技大学，2010（12）.

第8篇

【关键词】直接转矩控制；不对称六相永磁同步电动机；建模仿真

1.前言

永磁同步电动机（PMSM）因其高功率密度、高转矩和免维修等原因，广泛应用于高效驱动领域。六相永磁同步电动机发展了三相永磁同步电动机的结构，多应用于船舶电动推进等领域，它相对于普通永磁同步电动机而言有诸多优势，如船舶推进系统中，电流谐波最低次数要比一般三相电机高，降低了谐波幅值，提高了系统稳定性，减小转矩脉动，提高了电机工作效率，同时减小了转子谐波损耗，另外一旦发生缺相等故障，系统仍然可以继续运行。因此，六相永磁同步电动机驱动系统的开发和应用受到国内外的关注。[1]

随着电力电子技术的发展，电机变频调速系统在各种领域迅速发展和应用。直接转矩控制策略是在矢量控制策略之后最新兴起的变频调速技术，具有结构简单，动态响应快，鲁棒性强等优点。该技术最早是二十世纪80年代由德国教授Depenbrock和日本学者Takahashi分别提出的。主要应用于感应电机控制系统。于90年代末由L Zhong、M.F.Rahman和Y.W.Hu等人将其应用到永磁同步电机控制中。[2，3，4]

本文所介绍的这种六相永磁同步电机具有六相不对称的结构，是一种船舶推进用电机。在Simulink中没有对应的模型。文章对六相电机模型进行分析同时进行了建立数学模型，并用Simulink对电机进行建模并封装。本文使用Simulink对不对称六相永磁同步电机直接转矩控制系统设计和仿真。同时对直接转矩控制系统进行建模，完成整个系统的搭建，同时加入空间电压矢量控制提高系统稳态转矩和电流，降低转矩脉动，并且对仿真结果进行了简单分析。

2.不对称六相永磁同步电机的数学模型

六相PMSM数学模型与三相电动机很相似，为使分析方便，假设：①不考虑铁心饱和效应；②涡流和磁滞损耗忽略不计；③转子不设阻尼绕组；④认为每相绕组完全对称，定子电流、转子磁场对称分布；⑤近似认为反电动势波形为正弦。[5，6]

坐标变换。

在PMSM瞬态运行过程中，对电机运行状态方程的求解和电机动态分析相当困难，主要原因是电机转子在磁、电结构上不对称，以及电机的电磁参数（电压、电流、磁链、转矩）的微分形式具有多种表达方式。因而在此采用坐标变换，通过消除时变参数，将变系数转化为常系数来求解，进而简化运算和分析过程。

本文采用两相旋转坐标系（dd-qq坐标系）来对PMSM电机的稳态性能进行分析，同时也可以对其瞬态性能进行分析。本文所采用的坐标系与定子磁场保持同步状态，dd轴滞后qq轴90°，dd轴的取向与转子总磁链的方向一致，成为转子磁场坐标系，A、B、C、D、E、F坐标系统与dd-qq坐标系的关系如下为六相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换矩阵可以表示为式（1）：

（1）

经过坐标变换可得，d-q坐标系下六相PMSM定子侧的电压方程、同时六相永磁同步电动机的磁链方程和转矩方程如式（2）-式（6）。

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

其中：Ud、Uq为d、q定子的电压分量；id、iq为d、q轴定子的电流分量；、、为d、q轴定子磁链分量；Ld、Lq为d、q轴电感分量；R为定子电阻；np为极对数；为同步角速度；为永磁体磁链；p为微分算子。

通过6/2变换，极大的简化了两相旋转坐标系下的六相PMSM的数学模型，降低了微分方程阶数，d轴磁链和q轴磁链不再是角度的函数，这为六相永磁同步电机的高性能转矩控制打下了坚实的基础。

在仿真过程中由于Simulink中没有现成的六相永磁同步电机模型，于是根据数学模型式（1）～（6）建立了六相永磁同步电机电机模型并对其进行了封装封装。

3.不对称六相永磁同步电机的直接转矩控制系统构成

对于永磁同步电机的直接转矩控制，其主要思想是在保证定子磁链幅值恒定的前提下，根据电机的负载角和电磁转矩的正比关系，通过控制定子磁链的旋转方向来控制负载角进而控制电机的电磁转矩。是定子磁链与转子磁链矢量相对于A轴的空间电角度的空间相位差。不对称六相永磁同步电机直接转矩控制系统组成结构如图1所示，系统包括：电动机模块、逆变器模块、坐标变换模块、定子磁链观测模型、转矩估测模型、磁链和转矩的滞环比较器模块，定子磁链分区表、以及电压空间矢量表。[7]

通过公式（6）可知，改变相应的定子电压矢量以控制定子磁链的旋转方向进而调节负载角的大小，最终能够得到所需要的电机电磁转矩。

基于SVPWM不对称六相永磁同步电机直接转矩控制系统中不同磁链矢量之间的关系如图2。通过分析对不对称六相永磁同步电机的磁链矢量与电压矢量之间的关系，最终得到参考的电压矢量的计算公式。

（7）

（8）

图2 直接转矩控制系统中磁链矢量关系图

定子磁链的估测采用U-I模型，通过检测出定子电压、电流计算出定子磁链。同时根据定子电流和定子磁链，可以估测出电磁转矩。

磁链滞环模块所示，它是用来控制定子磁链幅值，使电动机容量得到充分的利用。磁链滞环模块采用两点式调节，输入量为磁链给定值和磁链幅值的观测值，输出量为磁链开关量，其值为0或者1。转矩滞环模块的结构图，它的任务是实现对转矩的直接控制，转矩滞环模块为三种输出开关量，输入量为转矩给定值和转矩估测值，输出量为转矩的开关量，其值为±1和0。

不对称六相PMSM-DTC优选空间电压矢量的构建和开关表的确定：

根据不同的导通模式，六相电机变频器输出有64种空间电压矢量组合，包括16个零电压矢量以及如图2所示的48种电压矢量，可以看作是四个同心正12边形。本文选取了最外环的十二个电压矢量（即为：v9、v11、v27、v37、v45、v41、v26、v18、v22、v54、v52、v56）可以获得的调速性能，以及更快的转矩响应和磁链变化。本文采用最外环的十二个电压矢量角分线作为分区边界的分区方式。最终得到的开关表如表1所示。

利用Simulink的查表模块实现开关表设计及查表功能，实现电压开关矢量的控制信号的输出器仿真模块的结构框图如图3所示。

基于不对称六相永磁同步电动机直接转矩控制系统的原理，在Matlab2012a境下利用Simulink仿真工具，搭建基于不对称六相永磁同步电动机直接转矩控制系统的仿真模型，整体设计框图如图4所示。

图3 表结构框图

图4 基于Simulink的

六相永磁同步电动机直接转矩控制系统的仿真模型

4.仿真验证

PMSM参数设定：定子电阻，d-q轴等效电感，转子磁链，转动惯量，粘滞系数，极对数

图5 基于SVM不对称六相永磁同步电机

直接转矩控制仿真波形

图6 常规六相永磁同步电机直接转矩控制转矩波形

图5中（a）、（b）、（c）分别为该系统空载启动、0.2s时突加负载20N·m的转速、相电流、转矩仿真波形。图5（d）为负载的定子磁链轨迹。图6为常规六相永磁同步电机直接转矩控制系统空载启动的转矩实验波形。可以看出，由于将SVM引入六相永磁同步电机的直接转矩控制中，使得稳态转矩和稳态电流得到了彻底的改善。

5.结论

本文给出了不对称六相永磁同步电动机直接转矩控制与驱动在MATLAB/Simulink仿真框图。给出了不对称六相永磁同步电机在不同坐标系下的磁链方程、电压方程和转矩方程，从磁链方程和转矩方程，可以证明不对称六相永磁同步电机直接转矩控制的基本原理与三相永磁同步电机是基本一致的，根据直接转矩控制的基本原理对不对称六相永磁同步电机直接转矩控制进行了详细的建模。为了完全补偿系统转矩和定子磁链误差，将SVM引入不对称六相永磁同步电机的直接转矩控制中，用以增加电压矢量的数量，在改善稳态性能的同时，也使得逆变器的开关频率变为近似恒定。仿真结果显示，在直接转矩控制方案下，该永磁同步电动机驱动系统具有结构简单，稳定性，快速跟踪的性能优点。SVPWM允许逆变器在过调制区域运行。与传统的系统相比，该控制策略考虑逆变器作为一个单独的单元，大大降低了系统复杂性。仿真结果最后得出DTC-SVPWM技术具有独特的PMSM驱动的良好的动态特性。定子磁链轨迹趋近磁链圆，具有快速的转矩响应。

参考文献

[1]Jaswant Singh，Bindeshwar Singh，Investigation of Pe-rformance Parameters of PMSM Drives using DTC-SVPWM Technique，IEEE Trans.Engineering and Systems（SCES），2012 Students Conference on.Publication Year：2012，Page（s）：1-6.

[2]Rahman，M.F.Zhong，L.Khiang Wee LimA direct torque-controlled interior permanent magnet synchronous motor drive incorporating field weakening，Industry Applications，IEEE Transactions onDigital Object Identifier：10.1109/28.738985 Publication Year：1998，Page（s）：1246-1253.

[3]Rahman，M.F.Zhong，L.Lim，K.W.Rahman，M.A.A direct torque controlled permanent magnet synchronous motor drive without a speed sensor，Electric Machines and Drives，1999. International Conference IEMD，99Publication Year：1999，Page（S）：123-125.

[4]欧阳红林.多相永磁同步电动机调速系统控制方法的研究[D].湖南大学博士学位论文，2005：1-2.

[5]E.A.Klingshirn.High Phas e Induction Motor-Prat I：Description and Considerations.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems.1983，102（1）：47-53.

[6]E.A.Klingshirn.High Phas e Induction Motor-Prat II：Experimental Results.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems.1983，102（1）：54-59.

[7]王成元，夏加宽，孙宜标.现代电机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008（8）.

项目基金：教育部博士学科点科研基金项目（项目编号：20102102110001）；辽宁省科技厅攻关项目（项目编号：2010220038）。

作者简介：

第9篇

【关键词】逆变器;IGBT;续流二级管;空间电压矢量调制;功率因数角

1.前言

在逆变器中，其功率损耗主要出现在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和续流二级管上。IGBT具有驱动功率低，工作频率高，通态电流大和通态电阻小等优点，已成为当前电力电子装置中的主导器件，因此也成为学者研究的热点。当前，对IGBT/DIODE功率损耗研究的方法主要分为基于物理结构的损耗模型和基于数学方法的损耗模型。通过物理结构计算IGBT功率损耗时，需要通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容，电阻，电感，电流源，电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT/DIODE的特性。这种损耗模型的准确程度取决于器件物理模型的准确程度，因此实现起来非常困难。相反，通过数学模型的IGBT/DIODE功率损耗模型则是利用相关实验数据，推导出电流，电压与IGBT自身参数之间的数学关系，该方法易于实现且通用较强。在已有的论文中，也有类似的功率损耗计算，但表达式不够精准，且没有在常见的功率因数角范围内分段推导得出。本文推导了SVPWM 7段调制情况下，在不同的功率因数角范围内，逆变器中IGBT和续流二级管的导通功率损耗公式。

2.逆变器的功率损耗模型

逆变器的功率损耗主要集中在IGBT和续流二极管上。而这二者的大小主要取决IGBT的开关次数和导通电流的大小，逆变器与永磁同步电机的拓扑结构如图1所示：

图1 逆变器与永磁同步电机拓扑结构

在如图1的结构中，每个周期内6个IGBT开关按照SVPWM 7段式调制顺序依次开关，在一个PWM周期内，每个IGBT和每个续流二级管导通时间相等，因此在一个PWM周期内，每个IGBT/DIODE的导通功率是相等的，在计算中仅需计算一个IGBT/DIODE导通功率，总功率损耗等于6个IGBT的导通功率损耗加上6个续流二极管的导通功率损耗。

2.1 IGBT的导通功率损耗

计算IGBT的导通损耗的时候，通常设导通电压是电流的函数，根据IGBT的基本知识可得到下面的等式：

（1）

式中为IGBT的恒定管压降，为IGBT导通时的等效电阻。以图1中的开关S1为例，在IGBT的导通的一个周期内，仅有半个周期有电流流过IGBT，在另半个周期内无电流流过，因此，可以得到IGBT的功耗如下式：

（2）

式中T为PWM的周期，则为PWM的占空比，N为半个周期内IGBT的开关次数。当IGBT的开关频率足够高的时候，可以认为一个周期内流经IGBT电流是不变的，因此，式（2）可以写成如下形式：

（3）

由上式可以看出，IGBT的导通损耗分为两部分，一部分是由导通压降产生的，而另一部分是由IGBT导通时，等效电阻产生的。当开关频率足够高时，式（3）可以转化为以下形式：

（4）

（5）

在式（4），（5）中，为相电流的周期，为相电流， 可以用下式表示：

（6）

根据空间矢量调制（SVPWM）的基本原理，若以直流环节的中点作为参考点，可以求出PWM的占空比如下式所示：

（7）

该式中，为A相电压的绝对值，对于SVPWM7段式调制方法，由于有效电压矢量在各段的作用时间不相同，所以占空比在各段也不相同，共分为以下6段进行计算：

（8）

式中，为电流的角度，由于电流与电压之间存在一定的相位差，所以表征的才是此时电压矢量的空间角度。式中为功率因数角。功率因数角表征的是定子电流与定子电压之间的相位差，在电机控制中是一个很重要的参数。永磁同步电机空间向量图如图2所示：

图2 永磁同步电机空间向量图

从图中可以看出，电子电流向量与q轴之间的夹角为，定子电压与向量与q轴之间的夹角为，定子电流与定子电压之间的夹角为功率因数角。由空间向量图2可知，定子电流向量与q轴之间的夹角为定子电压向量

与q轴之间的夹角。则其功率因数角

由电流电压可表示为：

（9）

在永磁同步电机控制中，的常见范围是，而对于电流来讲，仅当电流在PWM的正

半周期，即电角度时，有电流从S1端

的IGBT 和S2端的DIODE流过，现基于此，对不同功率因数角范围内流经A+端的IGBT和A-端的DIODE的功率损耗进行计算。

当功率因数角，利用（4），（8）式，将t转化成后，在分段积分可得

下式：

（10）

同理IGBT导通时的等效电阻造成的平均功率损耗表达式可利用式（5），（8）得：

（11）

同理可以推导出当功率因数角

时，导通压降和等效电阻产生的平均功率损耗表达式。这里就不再一一赘述。由上面计算得出的式子可以得出，在功率因素角的时候，IGBT的导通压降产生的功率

损耗表达式在不同的功率因数角范围内是不相同的。相反，IGBT导通时等效电阻产生的功率损耗表达式是相同的。

2.2 续流二级管的导通功率损耗

同样的，当续流二级管导通的时候，其前向导通电压与导通压降和输出电流之间的关系也是线性的，其表达式如下式：

（12）

式中，是流经续流二级管电流的函数。由逆变器基本电路理论以及SVPWM 7段调制的基本原理可知，当电压在SVPWM 7段调制的一个调制区间内时，电流若不从S1的IGBT流过，则必将从S2的续流二级管中流过，因此，在一个PWM周期中，电流作用在续流二级管上的有效时间为为PWM的周期。根据之前列出的计算公式，只需将式前面所有积分式中的占空比即可求出相应功率因数角范围内续流二级管上的功率损耗，结果如下：

当功率因数角时：

（13）

（14）

同理可以推导出当功率因数角

时，续流二级管的平均功率损耗。通过计算出来的式子可以看到，在范围的时候，续流二级管导通压降产生

的功耗表达式在不同的功率因数角范围内是不相同的，相反，续流二级管导通时等效电阻产生的功耗表达式是相同的。

3.结论与展望

逆变器在当今的车用永磁同步电机中运用相当普遍，而对逆变器功耗的研究也成为当今的热门研究课题。但在之前的各论文研究中，均没有给出在不同功率因数角范围内，IGBT和续流二级管上导通功率损耗的准确表达式，本文经过大量计算，给出了在SVPWM 7段式调制方式下，在不同功率因素角范围内，IGBT与续流二极管上导通功率损耗的准确的分段表达式，为日后的研究提供了有力的数学基础。在今后的研究中，只需带入实际的IGBT/DIODE和电机参数（即IGBT的导通压降和导通等效电阻，续流二极管的导通压降和导通等效电阻，逆变器相电流幅值和电压调制比M）就可很简便的求出在不同功率因数角范围内IGBT以及续流二极管上的导通总功耗。再查表得出IGBT的开关功耗，即可求出电动汽车逆变器上的总功率损耗。

参考文献

[1]朱元，李根生，吴志红，田光宇.两种控制策略下电动汽车逆变器功率损耗的近似计算[J].汽车安全与节能学报，2013，4（1）：87-92.

[2]熊妍，沈燕群，江剑，何湘宁.IGBT损耗计算和损耗模型研究[J].电源技术应用，2006，9（5）：55-60.

[3]杜毅，廖美英.逆变器中IGBT模块的损耗计算及其散热系统设计[J].电气传动自动化，2011，33（1）：42-46.

[4]王成元，夏加宽，孙宜标（编著）.现代电机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2010.01.

[5]Hefner A R.An Investigation of the Drive Circuit Requirements for the Power Insulated Gate Bipolar Transistor（IGBT）[A].Proceedings PESC Record-IEEE Power Electronics Special Conference[C].1900，126-137.

[6]Infineon Technologies AG.Calculation of Major IGBT Operating Parameters.http//.

[7]吴红奎（编著）.IGBT基础与应用实务[M].北京：科学出版社，.2010.09

[8]王旭东，余腾伟（编著）.电力电子技术在汽车中的应用[M].北京：机械工业出版社，2010.06.

[9]宋昌才主编.电力电子器件及其应用[M].北京：化学工业出版社，2010.4

第10篇

关键词： 联合办学 岗位素质标准 机电工程技能 交互训导机制

一、立论

51b1

高等职业技术教育具有双重教育属性，属于高等教育范畴系列，同时又属于职业技术教育，培养的是技术型人才。高等职业技术教育研究总是着眼于职业的载体——行业人才素质的构成要求。高等职业技术教育机构与跨国公司在华企业联合办学是基于“定向培养现代企业适用的岗位人才”行动作为的校企合作关系。

在我国，高职教育事业机构与国际知名企业联合办学的专业建设较系统的、富含职业教育技术的资料样本尚不多见。

我国高职院校和跨国公司企业员工培训机构在组织制度、行为方式、能力范围等方面存在着差异，联合办学首项技术要略就是以特定企业专业岗位人才素质要求为背景，以高等职业技术教育层次为平台，在教育实施过程中研究适用的专业课程体系。

我国机电产业生产技术标准与多数跨国公司企业生产技术标准存在着差异，这种专业性内质规范的差异如何在课程体系中形成最简洁、最有系统性、最适用的表述，是需要在联合办学的工作基面上攻关解决的难题。

日立电梯（中国）有限公司与广州工程技术职业学院签约联合办学，日立电梯广州制造基地挂牌“广州工程技术职业学院日立电梯技术学院”。我们持有“积极推行订单培养，探索工学交替、任务驱动、项目导向、顶岗实习等教学模式”的教学技术发展理念，面对已经开始与国际知名企业联合办学的工作现实，不可回避这种联合办学机制下专业课程体系设置亟须在工作实践中探索研究。

日立公司是以机电产品为主的世界500强企业。日立企业历史悠久，生产管理机制和生产技术标准自成体系。

据调研资料：日立公司在华企业与国内其他职业院校的联合办学均未达到“挂牌日立梯技术学院，实行2年学院专业取向性学习+1年企业岗位培养”的机制技术层次。联合办学的专业课程体系研究以“特定企业岗位人才素质”为基面在实践中探索并形成具有“普适性”价值的“联合办学机电专业课程体系设置”理论，既符合“创制办学特色”的职业教育技术方针指向，又应合我国高等职业技术教育在“在技术进步与创新”理念导引下的发展趋势。我们确信：这个工作项目的过程将会是充满创新机会、历练团队的过程。勤奋踏实地工作和钻研，则丰硕成果可期。

二、课题工作的目标

机电一体化技术是一门跨学科的综合性科学，是由微电子技术、计算机科学、机械工程和电力电子技术互相渗透而成的一门学科，是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术。因而机电一体化专业技术课程内容是一种综合结构，在设置专业课程时应以毕业生应具备的现代机电主流技术的运用能力为主线重组课程内容。机电一体化专业建设与课程体系的再构建，形成具有地区机电企业专业人才特色的高职高专综合课程，有着极其现实的职业教育技术进步与创新意义。

电梯是集机电一体化各侧向高级技术工艺（如新材料应用技术、先进加工技术、计算机技术、智能控制技术、大功率电子技术、传感与信号处理技术、维修与调校工艺）为一体的现代化机电设备，其职业技术课程体系的开发过程必然富含高专业技术含量的、极具教学技术创新意义的项目设计类研究子课题。

以联合办学双方的专业人才培养方案的比对——取职业知识与技能要素——嵌合性研究为起点，在教育实施过程中研究通识性机电工艺知识与企业岗位专门技能并重的专业课程体系。

日立电梯产品集拥多项先进工业技术，如能量再生技术、永磁同步技术、无机房技术、扶梯一体化设计等，将这些高端的制造技术工艺理论编撰到相关专业教材或项目化实训指导书之中，则特色专业将从联合办学的教学实施过程中创制。

解决“专业性内质规范的差异如何在课程体系中形成最简洁、最有系统性、最适用的表述”难题，课题成果可期成为“高等职业教育机构与跨国公司在华企业联合办学课程体系设计”的优质标树。

具有普适性价值的工作过程资料将能够展现出实证性强、系统性佳、普适性优的“高等职业教育机构与跨国公司在华企业联合办学课程体系设计”的理论体系和应用价值。

形成系列教学标准文件——联合办学课程体系设计方案、“电梯技术”人才培养工作标准、联合办学课程体系主干课程标准、课题项目总结报告书与自评报告书等。

三、技术要略

1.地域工业技术经济发展的现实性认识和前瞻性意识

兼具完善性和创新性的高等职业技术教育机电一体化技术专业课程重构着眼于广东“十二五”规划关于机电行业职业人才素质特征及需求情况描述；着眼于泛珠江三角洲地区机电行业规模与技术工艺整合、进步的水平预期；优化高等职业教育体系机电一体化技术（专业知识与工作能力）教学实施项目体系的结构。

人才服务区依据机电一体化专业就业岗位类别划分：产品制造、设备应用维护或改造、市场营销服务。服务区调整的灵活性设计并体现在工学结合、校企联合办学、订单培养、顶岗实习等的各类型专业实践（教、学）项目之中。

知识、能力、素质结构调整的灵活性体现在：学生在接受高职专业教育过程中可自主选择并趋近有利于尚扬天赋、激励专业进取的面向行业技术工艺岗位的四个就业和发展取向——通用机械或金属加工机床设备传动结构改进和工艺维护工程实施、机电设备的微机控制技术运用、机电设备功率控制系统的电力电子技术运用、机电产品技术文档设计与编撰或行业市场信息采集与处理。相应地，专业技能课程板块是机械工程工艺、电工电子技术与技能、先进加工技术与技能、微机控制技术与电力电子技术。

2.企业文化

广州工程技术职业学院与日立电梯（中国）有限公司联合办学协议规定采取实行“2+1”的模式，即“2年学院专业学习，1年企业岗位培养”的机制。2年学院专业学习的课程体系包括丰富的企业文化元素（课程）和以现代电梯设备技术工艺为衬托的通识型机电基础课程。1年企业岗位培养是在日立企业培训机构管理下的、以电梯设备制造过程工艺和产品技术服务过程技能为核心元素的培训系统工程实施。日立企业借此造就成批的“忠于职业、技能适用于产品体系”的企业骨干员工。

联合办学是定向培养现代企业适用的岗位人才行动作为，企业文化课程或专用技术工艺课程就要和谐地融入专业课程体系。企业文化课程要素有些是要形成单列课程；如企业经营历史与发展概况、企业技术工艺体系特征、企业生产管理机制学说、企业员工职业环境和生活节律情况、企业福利制度、特殊工种操作技能等。

3.企业专有先进技术或工艺的基础理论平台构建

有些涵括基础专业工艺的课程要素应该细致地研究如何有取舍地融入高职专业技术基础课程之中，如电梯设备装配与调试、数控加工专用程序、电路测试等。

现代机电设备制造业工程技能的培训内容是；

（1）通识通用类课程内容——适用性好、结构精化、带有标准索引。

（2）涵括基础专业工艺的企业专门技术课程要素。

（3）系统工艺意识的形成方法。

机电设备工程是综合的支向技术工艺实施过程体系。实施工程的过程包括制作、调试、检测、记录、评价、改进等阶段。我们理解“岗位高端人才”必须具备机电技术综合运用能力。因而在项目任务型技能训练课程中设计有指标有比例的电气技术工艺、传动技术工艺、编程技术工艺、调测技术工艺、专业文档编整工艺的交互训导。

4.逆向工程工艺基础

专业软实力的培养方法研究是高等职业教育技术研究的重项，专业智能水平是职业适应状况的决定性要素。

针对机电一体化技术人才岗位特征——专业智能成分较多、技巧思维保持、非连续性非周期性的操作等，在专业技术和专业技能综合性课程中加入“工艺培养”项目。开设“机电设备控制系统高级工艺实训”课程，以培养技术工艺素质人才为目标，实施工艺能力培养。机电设备传动结构和电气控制系统测绘、规范技术文档编撰、技术文献或技师项目论文品阅评价等项目化的训导和实践科目活动为课程主要内容，课程项目实施采用逆向工程方式。先修课程理论引领理解实践任务的技术工艺内涵，实践活动充实原理理解并且在专业思维空间树立柔性连接理论与实践的工艺意识。经过此课程的项目化工作训练，学生应胜任一般机电行业企业电气技术工程岗位工作——达到电气工艺师（或电工技师）业务水平。

5.校企合作课程设计

主要工作任务是研究基于工学结合实践课目工作过程的机电支向技能课程的交互训导模式。这种交互训导模式要求有三维研究：

（1）横向要素：各支向技术工艺课目（机械传动构件课目、电气控制课目、微机编程解析课目、大功率驱动器课目、专业文档编整课目、特种工种操作技能培训与考证）的内容分布。

（2）纵向要素：各支向技术工艺课目工序、工步、工时的分配。

（3）立向要素：各支向技术工艺课目工作评价（工艺水平、适用性）指标、改进要略、安全措施、客观动态适应等方面的机制“软件库资料”的形成。

交互训导模式要求改造现行教学理论与实践在空间和时间上分别进行的时空结构，将实验室、实训室或生产车间与教室整合为理论与实践融合互动的一体化情境氛围教学平台，为进行理论与实践融合互动提供支撑条件。

参考文献：

[1]广州工程技术职业学院.机电一体化技术专业人才培养工作标准（人才培养计划书）[R].2011.12.

[2]广州工程技术职业学院.日立电梯（中国）有限公司.联合办学协议书.

[3]日立电梯（中国）有限公司培训部《校企合作课程设置（企业培训计划书）》[R].2011.9.

[4]张文凡，产文良，解军，等.机电设备控制系统高级实训[M].北京：中国电力出版社，2012.6.

第11篇

论文关键词：炭阳极组装,灰分,软残极,磷生铁

阳极作为铝电解的心脏，它的质量好坏，不但影响电解槽的平稳生产，还影响着电解的各项经济技术指标，如：阳极消耗、电能消耗、铝液质量；同时还对节能减排指标中的烟气排放有着直接的影响。

炭阳极组装车间是把电解返回的残极进行电解质清理、残极压脱、磷铁环压脱，并把焙烧块和铝导杆—钢爪组用熔化的磷生铁进行连接成为具有一定机械强度、较小比电阻的整体，同时对残极进行破碎，破碎后的残极返回成型车间供配料使用。

其质量控制主要有：残极料中灰分、磷生铁的控制；浇铸质量及组装块表面附着的磷生铁、填充焦的控制；磷生铁的配比控制。

一、 阳极炭块中灰分、磷生铁产生的原因

1、 灰分产生的原因：

1）软残极产生

残极是阳极炭块在铝电解生产中使用以后换下的残余部分，其表面覆盖有氧化铝和氟化盐，将其清理掉后经破碎返回成型作为阳极材料的原料，以提高生阳极的体积密度、降低空气渗透率、提高抗压强度等。但由于残极在电解槽上高温电解质中使用了近30天，其表面层硬度较小、空隙度大、抗氧化性能较差、着火点低等，此部分软残极进入成型配料后，将对阳极质量带来很大的影响，造成电解更大的损失。

2）收尘系统产生

残极压脱、破碎时产生的大量粉料经收尘系统收尘后进入残极皮带，最终返到阳极下到工序成型生产线，导致阳极Si 元素含量增加。这些收尘粉料杂质含量高、性状疏松、假比重小、理化性能低劣，对电解的阳极净耗、电流效率影响较大，不应上线参与阳极生产。

另外工作现场、工序卫生清扫等产生的脏料也会带入一部分灰分。

2、 铁含量增加产生的原因：

1） 残极中携带有部分未分离的磷铁

残极压脱时，少量与残极结合紧密的磷铁被压脱下来，这部分磷铁在残极皮带上未被电磁除铁器清除下来或除铁器上的铁未及时清理，被残极挂掉，从而进入成型配料生产线，致使阳极铁含量增加。

措施：将电磁除铁器改为永磁体除铁器。

2） 浇铸后阳极表面磷生铁清理不干净

阳极组装块在浇铸站浇铸时，会产生少部分外溢铁水，飞溅到阳极表面上和铁珠落入炭碗内，人工清理外溢冷凝铁，碎铁屑和铁珠靠人工清理费时费力，而且清扫不干净，这部分铁将进入电解生产线，导致铝液铁含量增高。

二、 改进措施

1、 加装软残极清理机，清除残极表面上的软残极及灰分

电解返回的残极经电解质清理机（钢球抛丸机）或人工电解质清理后，其残极上部及底部仍有1—2mm的软残极，本机能有效的清除这部分软残极。

本机由电机、传动装置、钢刷、残极推车机、收尘系统等部份组成，如图1所示：

图1、清理机总装示意图

电解返回的残极经装卸站上链后，在电解质清理机前的道叉上装设一套残极厚度自动检测装置，厚度大于400mm的残极进入旁通链，小于400mm的进入清理机进行清理。

本清理机安装于电解质清理机后的钢结构架上，顶部接收尘管道，底部有皮带输送机，当残极由悬链输送机送入本机，残极推车机的入口侧夹板被导杆抬起，当导杆全部进入夹具后，入口侧夹板在重力作用下自动把导杆夹紧，同时导杆压下残极推车机的气缸控制开关，气缸拖动推车机及带残极的导杆向前移动进入清理室。高压压缩空气间隙喷吹，清除残极表面灰分及电解质；电机拖动清理滚筒高速旋转，钢刷采用钢丝绳，由于离心力的作用，残极上的电解质层被钢丝绳刮削清除干净。当气缸拖动推车机及带残极的导杆清刷完毕后，由于出口侧夹板被固定机架上的挡块抬起，带残极的导杆由悬链输送机拖走，同时导杆不再压迫气缸控制开关，气缸自动换向并快速返回，完成一个清刷工作循环，进入待机状态，由于是在链不停顿自动清理，钢刷靠离心力的作用，因此可以自动适应小于400mm的厚、薄残极的软残极清除。该机各部件的示意图如下：

图2、 残极推车机示意图

2、 装设阳极组装块表面碎铁、杂质清吹装置

方案：用一个两个出口，一个进气口的储气包，装两个二位二通先导式电磁换向阀，从悬链道叉检测开关上引出一个电信号控制电磁换向阀的动作。组装好的阳极由悬链输送至检测开关检测的位置，电磁换向阀动作，8个喷吹头分别对4个炭碗的两侧进行喷吹清扫。

由于喷吹清扫会产生大量的扬尘，清扫位置必须制作一个密封仓，把阳极块密封，而且须有除尘装置。除尘装置由除尘器引一收尘口至密封仓，收集吹扫中引起的扬尘。

三、 结束语

1、 电解铝用软残极清理机，能够有效地清除残极表面附着的电解质层，给下道工序提供合格的残极，由于外部有收尘系统，该机不对外部环境造成污染，而且噪音小，结构简单实用、制造费用低廉，清理效果好，维护方便，为自制软残极清理提供了新的思路。

2、 阳极组装块表面碎铁、杂质清吹装置，能够有效的吹扫组装块表面附着的炭粉及炭碗内的碎铁，由于是在链自动吹扫，不必增加其他附属工艺设施，降低了阳极组装块的生产成本，提高了原铝质量。

四、 参考文献

1、 残极对预焙阳极质量的影响探讨 周新林 第二届国际铝用炭素技术会议论文集

第12篇

针对“雨水自动感应晾衣架”，在百度学术中可以搜索到多篇硕士学术论文，有的甚至洋洋洒洒七八十页。解决方案中大多运用到单片机、运放等小学生甚至中学生都无法厘清的概念和内容。如何让这个项目“落地”成为小学生“跳”一下能够到的案例，一直是我脑中萦绕的问题。Arduino开源硬件与众多传感器的绝佳组合让这个“落地”问题迎刃而解。Arduino开源硬件不需要学生懂得单片机、运放的原理，只需大致了解传感器的种类用途即可。某硕士论文涉及的电源电路、时钟电路、复位电路、按键电路等可以一概忽略。当然，每个问题的解决都不会一帆风顺，期间曲曲折折在所难免。

曲折之一：方案如何优化细化

课堂上，我事先作了“翻转”设计，课前抛出问题让学生百度各种解决方案，包括淘宝上的成品自动雨水感应晾衣架，然后在课堂上集思广益，比一比谁的方案能在众多方案里胜出？还是需要优势组合？最终学生们形成的设计预案如下。

设计一个雨水感应自动收衣装置，当雨水感应器上滴到雨滴或者天色明显变暗时，启动机械臂把衣服收进阳台。如果雨水感应器上的水滴被晒干（雨转多云），光线又足够亮时，衣服再次晒出。主人可以设置预约收衣时间。并且对是否雨后重新晒出作出预设。S4A控制画面同步运行。

以上要求进一步分解后具体要达到以下控制：（1）有雨或者光线明显变暗时，收衣服。（2）当天空放晴、光线变亮，且传感器上雨水被晒干时，衣服重新晒出。（3）主人可以预设收衣时间。此时无论天气如何，衣服强制收回。（4）主人可以手动收衣或者定r收衣，此两种模式收好衣服后不再晾出。

此环节的产品技术设计思维训练得到了充分的体现，学生要针对在自己周围每天都要发生的问题模拟产品设计工程师进行设计及分解。

曲折之二：机械传动如何设计

学生在设计方案时碰到的第一个拦路虎，不是来自电子线路，而是机械传动部分。图1所示开窗器按供电模式分有24V直流、220V交流两种，其中按开窗器机械臂行程长短又有100mm到1500mm等不同种类。本例所有24V直流电，当正接时机械臂伸出，反之缩回。

图2看似简单的机械结构，是社团学生沟通、争论了很久才有的结果。首先，淘宝上对开窗器的介绍寥寥数字，很多具体问题需要直接跟淘宝店主沟通。比如，产品大都与配套的升降（或开合）控制盒一起销售，能否拆分购买等具体问题；没有控制盒，Arduino 又如何担当起智能控制的重任？

曲折之三：S4A控制的画面如何同步变化

下载3DMAX阳台模型（可直接使用软件包中模型）、衣架模型后，利用标准基本体构建衣架及开窗器机械臂模型。由于MAX模型中的元素较多，建议按图3所示对衣架进行“成组”操作。

按F10对衣架运动中的几个关键帧分别渲染，注意本例下载的模型须安装V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中选择V-RAY渲染器。

曲折之四：如何实现开窗器机械手的伸缩

当了解到24V直流电机正负极倒置后伸缩方向即相反后，有学生搜索关键词“直流电机正反转 继电器”绘制出图4所示控制线路。经反复推演各种可能，均不会造成短路事故。

曲折之五：开窗机的电机本身没有到位后自动停止功能，如果开窗或者贯穿机械臂到位后继续加电，将对电机造成伤害，此问题如何破解

有学生称可以设置时间，但是马上又有学生质疑，当挂的衣服重量不同时，造成的阻力不同，时间不是一个定量。后来有学生询问淘宝商家后找到了解决办法，如图5在数字口2、3分别安装两个磁感应开关，相关的动臂上安装永磁铁。当检测到机械臂运作到位后，立即停止供电。

曲折之六：脚本如何设计

晒衣部分脚本：当绿旗被点击时，当系统检测到接在模拟口0的光线传感器数值大于800，光线充足，并且接在模拟口5的雨水传感器上无水滴，数值小于50，则广播晒衣服。

收衣部分脚本：分三个条件语句，第一是检测光线数值小于150则收衣。第二是检测雨水传感器数值大于100则收衣。第三是按钮传感器大于1000即接通状态则自动收衣。

预约收衣部分脚本：当绿旗被点击时，先询问预约多少小时后收衣，然后将输入值赋予变量t，计时器归零。计时器单位为秒，因此变量t须乘3600。当计时器数值大于预设时间，广播收衣服。

曲折之七：学生开始编制脚本时发现继电器反复被触发，“哒哒”声不断，这对继电器及控制终端都不是好事，如何解决

为了防止继电器反复被触发，损伤电机及其他器件，分别设置变量k、m，当条件已符合时分别设定为1。然后将相关变量不等于1，即等于1不成立，作为条件语句的必备条件之一。

当晒衣触发时，变量K为1，当收衣触发时变量M为1。如果系统对两个事件依次触发一遍。如果不对相关变量清零，则造成太阳出来后或者下雨了系统不再有响应。所以要对K赋值1的同时，要对M清零。反之也一样。

由于手动收衣及定时收衣要求之后即使符合晒衣条件时也不再触发，所以不再对M清零操作。为保险起见，建议在对K赋值1的同时，添加给变量M赋值1的语句。

美国机器人协会给机器人下的定义是：一种可以重新设定程序、多功能的机械手，经由事先设计好的各种可变动作，搬运材料、零件、工具或其他特殊装置，以执行不同的工作任务。机器人在面对变化与不确定的工作环境与程序时，具有一定的判断能力。从这个机器人的定义上看，“雨水感应收衣装置”也可以视为一个机器人项目。学生在这个项目的学习过程中遇到的问题事实上远不止以上所列，但是在教学一线将会感受到学生的潜力远超你的想象：没有短接线，学生将废旧网络线“开膛破肚”，开窗器没有电源，学生搬来家里的锂电池，机械手没人愿意接手加工，学生找到亲戚帮忙。有的学生在家里是“专业”负责淘宝的，因此跟店家的“旺旺”交流使问题“豁然开朗”，比如，磁感应装置就是学生从“店小二”那里问来的。当然，在“工作坊”教学模式下，教师必要的协助与引导，也会如及时雨般解决问题。

第13篇

从“离网”向“并网”的跨越

光伏并网发电是当今世界光伏发电的主要发展方向，是光伏技术步入大规模发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。许多统计资料表明，近几年来世界光伏并网发电市场发展迅速，光伏并网发电的装机容量从1 996年的7MWp上升到2000年的140MWp，光伏并网发电在光伏行业中的市场比例也从1 996年的10％上升到2000年的50％，2007年光伏并网发电的市场比例已达到80％。而在中国，光伏发电也将在未来的电力供应中扮演重要的角色，其累计装机容量预计至201 0年将达600MWp，2020年将达到30GWp，2050年将达到100GWp。根据电力科学院预测，到2050年，中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25％，其中光伏发电则占到5％。显而易见，光伏并网发电已经是大规模光伏发电的主要趋势。

早在上世纪80年代，合肥工业大学已经开展起太阳能光伏与风力发电技术的研究，张兴就是在那个时候走入合肥工业大学校门的。在这所留下他半生印记的学校里，不仅走过了从学士到博士的求学之路，而且也撇下了攻关，探索的辛勤汗水。他对太阳能光伏发电技术的研究，源于1 997年新疆新能源研究所原所长王国华研究员在合肥工业大学的一次讲学。在那次讲学中，张兴对欧美日等发达国家正在兴起的光伏并网技术产生了浓厚的兴趣，当时，我国的光伏发电技术与产业还是针对技术相对落后的光伏离网系统，很少有人关注技术新颖且有一定难度的光伏并网技术。尽管深知其中的挑战，张兴却从未想过低头，他抓住光伏并网系统中的并网逆变器这一核心技术，开始了潜心的研究。经过一年多的努力，他终于成功研制了500W光伏并网样机。在1 998年的全国光伏年会上，该样机一经展出即引起了同行的高度关注。在此基础上，1999年，张兴教授又与新疆新能源研究所开展了技术合作，共同承担起自治区的科技攻关项目。当时，逆变电源专家曹仁贤创办的合肥阳光电源有限公司起步不久，虽然主打产品主要是离网型光伏逆变器，但他还是给予了这一项目充分的肯定和支持。在共同的努力下，该项目组于2000年成功开发出3kW工程化样机，并在新疆鄯善县成功地进行了应用测试，取得了预期性能。随之，在经过一年多的试运行之后，2001年，该项目顺利通过了新疆维吾尔自治区组织的专家鉴定，得到了一致的好评。

而正是这个项目的成功，拉开了张兴教授与合肥阳光电源有限公司产学研合作的帷幕。此后，国家“十五”科技攻关项目“并网光伏发电用系列逆变器的产业化开发”、科技部新能源行动计划项目等诸多科技攻关项目在他们的携手并进下，得以产业化实践，同时建造了多个并网光伏示范电站，其中，科技部新能源行动计划项目“60kW光伏并网系统的应用与研究”项目获得新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。

与“阳光”同行

“阳光”，一个听起来倍感明媚的词语。而在电源领域，这一个词语则让人联想起我国知名的新能源发电电源专业制造商――合肥阳光电源有限公司(以下简称“阳光电源”)。

自1 997年成立以来，阳光电源专注于可再生能源发电产品的研发与生产，囊括了光伏发电电源、风力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源等系列产品，曾成功参与北京奥运鸟巢、上海世博会、三峡工程，全球环境基金可再生能源项目、西班牙MaIaga 5MW大型光伏电站，英国和法国小型风力并网发电项目、青藏铁路等重大工程，获得了国内外业界的一致好评。多年来，阳光电源先后获得“安徽省优秀民营科技企业”、“安徽名牌产品”、“优秀创新企业”，“安徽省‘115’产业创新团队”、国家发改委REDP项目“技术进步优秀项目奖”，“太阳能光伏产品金太阳认证”等荣誉，是安徽省可再生资源电源工程技术研究中心依托单位、安徽省研究生产学研示范基地。

同样，经过二十余年的努力，合肥工业大学在太阳能光伏与风力发电技术等可再生能源发电技术方面也取得了长足的进展，如今，不仅拥有电力电子与电力传动国家级重点学科、教育部光伏工程研究中心，还进入了国家培育优势重点学科的“111计划”，成为“可再生能源并网发电国家级创新引智基地”。而在可再生能源并网发电技术的科学研究中，张兴教授与阳光电源的产学研合作尤其值得称道。

从1 999年共同开展新疆维吾尔自治区的科技攻关项目开始，他们的产学研合作已经整整十年。十年间，他们联手创造了不少成绩，近年来更是成果选出。

“上海电力局奉贤10kW光伏屋顶示范工程项目”属于上海电力局新能源发展计划项目，工程于2003年3月建成并投入运行，2004年7月通过专家鉴定，是上海首个全部采用国产化技术的光伏屋顶并网示范系统，该系统所用的1台10kW三相并网逆变器即由张兴课题组与阳光电源联合研制。

他们合作的“并网光伏发电用系列逆变器的产业化”项目是国家科技部“十五”科技攻关项目，该项目于2005年2月通过科技部的专家鉴定。其成功研发解决了并网光伏系统的关键部件逆变器的产业化难点，推进了我国并网光伏发电产业的发展，如今，该项目系列产品已在阳光电源实现了产业化，并定型了多种规格的并网逆变器产品。

随即，在国家科技部新能源行动计划项目“新疆乌鲁木齐大型光伏并网工程”研发中，张兴课题组承担起72台60kW并网逆变器的系统及控制设计任务，而阳光电源则对逆变系统的制造，现场安装与调试工作进行了全权负责。2004年12月，该工程完满建成并投入运行，2006年3月，通过科技部验收及专家鉴定。经鉴定，该项目采用可调度型并网发电结构，并具有并网发电、蓄电池充放电和独立逆变三重运行功能，省略了常规的充电控制器，简化了系统结构，大大提高了光伏并网发电系统的性价比，是当时新疆地区最大且功能最为先进的光伏并网示范工程，其成果被授予新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。

此外，在“上海生态示范园光伏屋顶工程”、安徽省科技攻关项目“合肥阳光电源30kW光伏屋顶示范工程项目”以及

科技部科技攻关推广项目“上海崇明30kW光伏屋顶示范工程”研发中，他们的表现也不负众望。

“非常”追求

电力电子与新能源应用技术的多年研发、与阳光电源十年的产学研合作，点点滴滴的付出，张兴教授用自己的智慧和汗水写出了一个不一般的科研生涯。

在风力发电研究方面，其MW级变流器作为核心技术一直被外国垄断，其国产化的路途极其艰辛和富有挑战性，2004年，张兴教授与阳光电源再度联手进行科技攻关，他们首先完成了安徽省“十五”科技攻关项目“风力发电用交直交并网变流器”，并获得安徽省2006年度科技进步二等奖。接着，作为课题负责人之一，张兴教授与阳光电源联合申报并获得了“十一五”国家科技支撑计划“大功率风电机组研制与示范”的两个重大项目的资助――“1 5MW以上直驱式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”与“1，5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”。经过大家不懈的努力，目前，MW级双馈型与直驱型风机变流器基本实现了产业化，部分机型已经批量向整机厂商供货。

在柔性直流输电变流与控制研究方面，张兴教授着眼于柔性直流输电技术与风力发电相结合，对安徽省自然基金项目“电网异常条件下风场柔性直流输电网侧变流器控制策略研究”进行了攻关研究。与此同时，在合肥工业大学本科评建项目的支持下，他自主研发成功了一套1 5kW柔性直流输电变流及控制系统研究平台。

在PWM整流器技术研究方面，张兴教授完成了包括HT--7u超导托卡马克等离子移快控电源、蓄电池双向馈电电源、背靠背双向变流器等多项研究成果，并在其博士学位论文基础上，由“电气自动化新技术丛书”编委会资助并由机械工业出版社出版了《PWM整流器及控制》学术专著，该学术专著在新能源并网发电的逆变器研究与应用领域得到了学术界专家学者的肯定并被广泛引用。

在积极进行科研攻关的同时，张兴教授还将大量精力投入到特色实验室建设中。2006年，他主持完成了“合肥工业大学风力发电变流器及其控制实验室”的建设，其主要包括“250kW中低压双馈、交流异步全功率风力发电驱动平台”、“永磁同步直驱风力发电驱动平台”，以及分布式发电系统中的“风力发电模拟平台”，“柔性直流输电变流及控制系统研究平台”等。而他与阳光电源合作，还为该公司建成了“2MW双馈型风力发电变流器试验平台”、“2MW同步直驱风力发电变流器试验平台”。这些实验研究平台基本上涵盖了张兴教授及其团队近年来的大部分成果，在这些成果的基础上，经过深入地自主研制，这些平台已经开始发挥各自的功用，不仅大大促进了合肥工业大学新能源应用及其电力电子研究技术的发展，使其成为全国高校风力发电变流器研究条件一流的单位，也为国家支撑项目的取得与完成提供了良好的研究条件与基础。

经过多年的拼搏，张兴教授不仅在风力、太阳能并网发电的变流器技术的研究和工程应用方面取得众多的成果，积累了大量研究与工程经验，同时也为阳光电源以及电力电子行业输送了一批高素质人才。从当年初次涉足光伏并网发电技术，到如今的MW级风电变流器的研制成功，在太阳能光伏并网、风力发电变流控制与驱动领域的多年研究，使他和团队得到了锤炼和成长，逐渐发展为一支拥有2名教授、2名副教授、3名博士毕业的青年科研骨干教师以及近30名博士、硕士研究生的优秀团队，在一起，他们总是能形成一股强大的科研力量。而与阳光电源长期的优势互补合作，其科研水平经受了考验，更是得到了升华。

第14篇

关键词：高炉； 供料系统； 控制系统； 改造设计

中图分类号：TN91134； TP274文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04012804

Design of feeding automatic control system for blast furnace in steel and iron plants

FENG Meiying

(Liuzhou Vocational ＆ Technical College, Liuzhou 545006, China)

Abstract： The feeding control systems of blast furnaces in many steel plants have the following questions: poor working environment, inaccurate feeding signal and unsafety feeding system. To solve these problems, the feeding system of a typical blast furnace is taken as an example to offer the thought of system design for automatic control, design of control mode and design scheme of PLC control system. Since the system is put into production, it has reduced operating personnel workload, improved the working environment, made blast furnace worked smoothly and ensured production safety. This design plays a good role in promoting the automatic control system to blast furnace of steel plants.

Keywords： blast furnace; feeding system; control system; design modification

收稿日期：20110926

基金项目：广西教育厅科研项目 (201010LX639，

201010LX648)阶段成果0引言

目前很多钢铁厂供料系统控制基本上均存在以下问题：操作员工作环境差；上料联系信号不准确；供料生产不安全等问题。针对这些情况，笔者和某钢铁厂技术员一起对该企业的7座高炉供料系统进行了自动控制设计。

1控制模式设计

为了改善操作员的工作环境，该系统针对操作员的控制模式如下所述。

1.1区域集中用手动控制

各集控箱上的“手动/自动控制开关”左置“手动”位，即可操作集控操作台上的主令开关启/停该区域内的皮带。

各集控箱上其他相关设备的操作只受该设备惟一的一个开关控制，故要求操作人员正确操作，维修人员维修相关设备时要注意断气及断电，保证维修的安全。当采用“区域集中用手动控制”模式时，其他模式被禁止。

1.2机旁手动控制

各集控箱（JZX）上的“手动/自动控制开关”右置“自动”位且机旁操作箱内的“机旁手动/联锁自动控制开关”左置“机旁手动”位，即可操作机旁操作箱内的按钮开关启/停单条皮带及其它相关单个设备。

该控制方式是为试机而设，故该控制方式开启皮带后，皮带只运行5 min，要再次开启则要求再次操作1次按钮开关。当采用“机旁手动控制”模式时，该单条皮带或单个设备不受“全自动模式”控制。

1.3全自动控制

当区域集控操作台上的“手动/自动控制开关”右置“自动”位且机旁操作箱内的“机旁手动/联锁自动控制开关”右置“联锁自动控制”位，该单条皮带或单个设备才受“全自动模式”控制。“全自动模式”指：监控画面操作模式，在该模式下，供料系统所有的设备均受“WINCC操作画面”控制。“WINCC操作画面”有以下主控按钮：

(1) 系统状态按钮。当处在“系统运行” 状态时，所有设备受启用料仓料位自动控制，即实现全自动供料；当处在“系统调试” 状态时，所有设备只有通过鼠标操作才可启/停，该操作方法仅在系统调试时用\[1\]。

(2) WINCC操作状态按钮。当处在“WINCC操作禁止”状态时，在WINCC操作画面上用鼠标操作不了任何设备；当处在“WINCC操作允许”状态时，可“有联锁”或“无联锁”操作任何设备。

(3) 联锁状态按钮。当处在“WINCC操作无联锁”状态时，用鼠标可无联锁操作某些设备；当处在“WINCC操作有联锁”状态时，用鼠标可有联锁操作所有设备。操作机旁操作箱内的按开关启/停单条皮带及其它相关单个设备。

2系统设计

为了提高上料联系信号准确度以及供料生产的安全可靠性。在系统方面的设计主要考虑以下几点:

2.1料仓控制

现场控制要求：槽上启用料仓的料位自动向启用料仓上料，停用料仓不上料。所以在设计时使槽上启用料仓料位下降至下限时，自动判断上料路径，使相关所选皮带同时启动，缩短启动时间，加快上料速度；上料料仓料位上至上限时，延时依次自动停皮带。考虑到要缩短皮带空转时间，最低限度减少电能浪费，所以料仓料位检测采用德国进口超声波传感器，测量范围为0.6～6 m,输出为4～20 mA，输入电源为DC 24 V,重复精度为9 mm，防护等级为IP65(防尘防水溅)\[2\]。由于该超声波料位传感器输出为模拟信号，故料仓料位上、下限的设定方便自如，用计算机键盘设定即可。为了方便更换时不用拆线，接线方式采为接插件。每个槽上料仓有一个超声波料位传感器，安装在料仓中部，外加保护罩防止物料碰撞损坏。

2.2皮带小跑车控制

为了实现平稳启动，槽上皮带小跑车电机采用变频器驱动，小跑车快接近目标位置时减速逼近，到达目标位置时零速度状态下抱闸。这样小跑车在料仓上的定位就很准确，且不会出现高速度状态下抱闸因惯性而出轨的严重设备故障\[3\]。

小跑车在料仓上的位置检测采用了双重检测系统：多圈绝对值编码器检测与控制外加接近开关检测修正。多圈绝对值编码器负责检测槽上皮带小跑车的位移，精确控制小跑车在每个仓的若干个卸料点准确卸料。接近开关负责修正绝对值编码器的检测，当接近开关动作时，PLC将当前位置的预置值与多圈绝对值编码器检测值作比较，当差值小于下限时不修正，当差值大于下限时执行修正，当差值大于上限时则报警，且不允许跑车卸料\[4\]。

多圈绝对值编码器要求安装与小跑车减速机低速轴或小跑车尾轮轴同轴，采用德国TURCK公司的9080系列带PROFIBUSDP总线接口的多圈绝对值编码器，分辨率可达8 192/转，4 096转，精度极高。接近开关采用外壳铜镀铬，防护等级为IP67，DC 24 V，PNP三线，工作距离15 mm，带接插件式的，更换时不用拆线，而且四面都有有指示灯，任何方向都可看到\[5\]。为了节省电缆方面投资，接近开关的输出直接接入现场防护等级为IP67的I/O模块。

2.3皮带测控保护系统控制

跑偏检测一级跑偏常开接点接进PLC的现场I/O模块。一级跑偏动作时，仅中控室操作站的画面上报警闪烁指示；二级跑偏常闭点串联接入皮带接触器线圈控制回路；皮带因二级跑偏而停机时，在中控室操作站的画面上就能准确知道是哪个跑偏动作，故障定位迅速准确，现场处理人员置机旁操作箱的“机旁手动／联锁自动选择开关”在左位时，二级跑偏常闭点被自动短接，这样在机旁就能点动皮带并调整皮带至正常。长度小于等于20 m的皮带设1对跑偏开关，并安装于皮带中部；长度大于20 m且小于等于50 m的皮带设2对跑偏开关，并分别安装于皮带机头和机尾；长度大于50 m且小于等于100 m的皮带设3对跑偏开关，并分别安装于皮带机头、中间、机尾；超过100 m的皮带，每增加50 m加1对\[6\]。

拉线急停采用人工手动复位式双向拉线开关，这能确保急停作用的可靠性。一对常闭点串联接入皮带接触器线圈控制回路。一对常开接点接进PLC的现场I/O模块，当皮带因拉线开关动作而停机时，在中控室操作站的画面上就能准确知道是哪个拉线开关动作，故障定位迅速准确，为现场处理人员提供准确信息。

打滑检测一个探头安装于皮带机尾轮旁，使用具有模拟量0～20 mA输出的转速监控器,实时检测皮带尾轮的转速,当皮带打滑或横向拉断时转速监控器的输出变小至小于预设置的报警值，则发出皮带打滑声光报警并立即自动停止后序皮带及停止相关料头下料口放料\[7\]。

反转检测两个探头安装于皮带机尾轮旁。方向识别器安装在机旁箱内，通过计算两个探头的输入信号的前后顺序以及及相互重叠部分的大小就可对转向进行识别。

堵料检测两个电容式接近开关安装在三通、四通分料器上实现对堵料的检测。当任一电容式接近开关检测信号超过2 s则发出堵料声光报警并立即自动停止后序皮带及停止相关料头下料口放料。

3PLC控制系统设计

针对供料系统设备分布范围广的客观实际，采用目前最快的ProfibusDP ［8］现场总线系统,并采用主从方式进行工作,主站采用德国西门子公司的中高性能的4162 CPU,它集成了一个MPI/DP通信接口,可用于连接5台监控操作站,还集成了一个PBDP通信接口,可用于连接从站。

另外，在主站上安装了两块德国西门子公司的提供PBDP通信接口的CP，这样整个PLC系统就由主站加三条PBDP链路构成，每条PBDP链路的名称及其挂接的从站见“PBDP网络系统图”。

每条PBDP链路最多可串联8个总线段，每两个总线段必须由RS 485中继器来连接\[9\]。每个总线段最多能挂接31个从站，用工业双绞线最长距离为1 000 m。如果需要的电缆长度超1 000 m，则必须使用RS 485中继器。

针对供料系统现场范围广、粉尘且易受大雨淋的客观实际，挂接在各条PBDP链路上的现场分布式I/O模块要求具有的防护等级为IP67，并且要求具有点诊断功能。经过多方考查并综合技术及投资的优势，决定现场分布式I/O模块采用德国TURCK公司的防护等级为IP67且有点诊断功能的模块。该模块集成有PBDP通信功能，利用接插件直接挂上PBDP链路即可，而无需外加通信模块，且模块的每一点都具有诊断功能\[10\]。

3.1PLC输入/输出点的物理分布设计

3.1.1PLC输入点的分布

69条皮带、11台槽上皮带小车、除尘风机的接触器动作反馈接点的输入在各电磁站的BL20分站上。其他各输入点都在现场各机旁箱内\[11\]。

3.1.2PLC输出点的分布

69条皮带、11台槽上皮带小车、除尘风机及受自动控制的照明的输出控制点均在各电磁站的BL20分站上。各三通、四通、斗门、给料机、除尘设备（的输出控制点均在现场各机旁箱内）。

3.2PLC控制系统硬件配置简图设计［12］

图1为整个硬件配置设计框图。其中监控站1监控新110 m2烧结仓；监控站2监控二烧新烧结矿仓；监控站3监控1#料台；监控站4监控2#料台；监控站5监控3#料台；监控站6监控4#料台。这些监控站的PLC均采用采用西门子S7400机子。

3.3PLC控制系统流程图设计

如图2所示为整个供料自动控制系统的PLC控制流程图，图中C代表皮带接触器。其中：新110 m2烧结仓共有6个，每个仓下有一台振动给料机；二烧新烧结矿仓共有4个，每个仓下有一台振动给料机；1#料台共有仓2个，每个仓下有一个气动斗门；2#料台共有仓1个，仓下有一个电液推杆驱动的斗门；3#料台共有仓2个，每个仓下有一个气动闸门；4#料台共有仓1个，仓下有一个电液推杆驱动的斗门。

图1PLC硬件配置设计框图4结语

该系统自投入运行以来，一直运行正常。并且达到了以下几个目的：

(1) 每个操作人员身居环境幽雅的控制室内，在供料过程监控画面的帮助下用鼠标简单地点击就可实现自动向7座高炉槽上料仓供各种物料，这样供料工段仅需投入几十人就可保证完成全厂7座高炉的供料生产，且岗位工远离粉尘污染源而不受危害，每年可节省300万元的工资费用。

(2) 槽上皮带小跑车在料仓上采用双重定位系统，确保小跑车定位准确，从根本上杜绝混料、上错料故障的发生。

(3) 完善的皮带测控保护系统保证供料的安全，将将各种常见的堵料、打滑、反转等故障消灭在萌芽状态。

(4) 启用料仓的料位在线实时计算机监控，确保高炉断料现象尽可能少。

(5) 皮带通廊照明系统亦可实现自动控制。由此可见，这一设计方案在钢铁厂高炉供料系统中具有较好的推广作用。

图2自动控制流程图参考文献

［1］王春波.西门子PLC在油管防腐热固化炉上的应用［J］.电气传动,2009,39(3):6264.

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［4］张立娟.液压机的PLC改造及变压边力控制［J］.机电工程技术,2011,42(1):2325.

［5］孙杰.基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制［J］.电机与控制应用,2011,36(1):5658.

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［7］李晨.全自动玻璃除膜切割机的设计与控制［D］.北京:北方工业大学,2010.

［8］赵亮,李艳义,李苏安.现场总线技术在海洋石化工业中的应用［J］.石油化工自动化,2003(6):2122.

［9］李宁.选煤厂PLC应用系统设计选型浅析［J］.工业仪表与自动化装置,2007(2):6668.

第15篇

    关键字:电气设备    接地装置   维护

    一、使用维护电气设备中的误区(以农机为例)

    1.“电枢”与“磁场”接线柱接反了。三联调节器“电枢”与“磁场”接线柱,应分别接至发电机“电枢”与“磁场”接线柱。若粗心大意把这两根线接反了,则会因发电机的输出电流将通过1Ω电阻构成回路,因电流过大被烧毁。

    2.损坏的二极管继续使用。当发现硅整流发电机不发电或充电电流很小时,可能是由于二极管的损坏而引起的,查清后应立即更换,如继续使用,将会引起定子绕组一相或两相烧毁。

    3.未按季节温度变化调整电解液。这样会使蓄电池极板不能在最佳比重的电解液内工作,将大大缩短其使用寿命。另外,在冬季还容易造成电解液结冰而胀坏蓄电池。

    4.硅整流发电机安装蓄电池时不注意搭铁极性。这样做会因二极管的导通使蓄电池短路,使硅二极管迅速烧毁。所以安装蓄电池时必须正确分辩蓄电池的正负极桩,确认无误后才能连接。

    5.拆掉调节器与发电机的搭铁钱。机车电系均为单线制电路,所以不少驾驶员误认为发电机与调节器的搭铁连线可以省掉(利用机体作搭铁连线)。但机体上有油污、油漆等,发电机与调节器之间存在一定电阻,使通往调节器的两并联线圈的电流不能随发电机电压的升高而增大,造成截流器白金触点不能闭合和1Ω电阻烧毁而不充电。因此,不应拆掉调节器与发电机的搭铁线。

    6.将调节器随便平装在机车上。不是按原来那样垂直安装,这将引起调节器白金触点因路面不平或机车振动而振动,影响发电质量与工作稳定。

    7.充电时间过长。蓄电池的容量是有限的,如果在充足电后,还继续充电,储存的电能不会增加,充电电流只是在电解水。长时间的过充电还会使极板活性物质脱落,加速蓄电池的自放电。

    8.加入电池内的电解液过多或过少。加入单格电池的电解液应浸没极板10~15mm,这样就有足够的硫酸参加化学反应。若过多易外溢,腐蚀周围机件;过少,极板会裸露,这不但使蓄电池容量降低,且所露的极板会很快硫化。

    9.电解液过浓。有人认为电解液浓度大,参加电化学反应的离子多,会使蓄电池容量增大。实际上,太浓的电解液粘度增加,渗透速度降低,内阻增大,使蓄电池端电压下降,容量反而下降。过浓的电解液还会加速隔板的腐蚀,缩短蓄电池的寿命。所以电解液不能太浓,存电充足时,电解液比重以1.28为宜。

    10.不注意蓄电池外表清洁。蓄电池上常积有尘土等杂物,这些东西与溅出的电解液混合一起,会使蓄电池的正负极之间形成回路,使蓄电池放电。所以应常将蓄电池外表擦干净,并注意避免将金属物品放在其壳盖上。

    11.串联使用两只容量不同的蓄电池。这样使用是有害处的。因为两个容量不同的蓄电池串联使用时,往往会使容量小的蓄电池过度充电或放电,从而缩短其使用寿命。

    12.将发电机电枢与磁场接线柱用导线短接起来。当调节器出故障时,有些驾驶员将发电机电枢与磁场接线柱用导线短接起来,使其隔离调节器的调压部分,直通截流器向电流表供电。这样做,因发电机随转速提高电压也大大提高,过电压会使用电设备烧毁。

    13.电喇叭持续通电时间过长。电喇叭连续通电时间不宜过长,一次鸣叫不应超过3秒,以免由于电流过大而烧毁触点和激磁线圈,同时,也应防止蓄电池过多放电。

    14.使用仪表灯不会与后灯同时接通。因东方红-75型拖拉机仪表灯与后大灯并联,使用时必须将其与后灯同时接通。有些驾驶员在后大灯断路时,单独接通仪表灯,结果因该灯功率很小,发电机该相电压便上升很多,造成仪表灯被烧毁。

    15.不用照明灯时,不摘掉发电机皮带。装用永磁交流发电机的东方红系列履带式拖拉机及其它小型拖拉机,白天作业不需照明灯时,应在发动机熄火后卸下发电机传动带,使之停止运转。这样可避免发电机轴承无意义磨损,并减小发动机功率消耗。

    二、电器设备接地装置运行

    1.接地装置的技术要求

    1.1变(配)电所的接地装置

    ①变(配)电所的接地装置的接地体应水平敷设。其接地体采用长度为2.5m、直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm的角钢,或厚度不小于4mm的钢管,并用截面不小于25mm×4mm的扁钢相连为闭合环形,外缘各角要做成弧形。

    ②接地体应埋设在变(配)所墙外,距离不小于3m,接地网的埋设深度应超过当地冻土层厚度,最小埋设深度不得小于0.6m。

    ③变(配)电所的主变压器,其工作接地和保护接地,要分别与人工接地网连接。

    ④避雷针(线)宜设独立的接地装置。

    1.2易燃易爆场所的电气设备的保护接地

    ①易燃易爆场所的电气设备、机械设备、金属管道和建筑物的金属结构均应接地,并在管道接头处敷设跨接线。

    ②在1kv以下中性点接地线路中,当线路过电流保护为熔断器时,其保护装置的动作安全系数不小于4,为断路器时,动作安全系数不小于2。

    ③接地干线与接地体的连接点不得少于2个,并在建筑物两端分别与接地体相连。

    ④为防止测量接地电阻时产生火花引起事故,需要测量时应在无爆炸危险的地方进行,或将测量用的端钮引至易燃易爆场所以外地方进行。

    1.3直流设备的接地

    由于直流电流的作用,对金属腐蚀严重,使接触电阻增大,因此在直流线路上装设接地装置时,必须认真考虑以下措施。

    ①对直流设备的接地,不能利用自然接地体作为PE线或重复接地的接地体和接地线,且不能与自然接地体相连。

    ②直流系统的人工接地体,其厚度不应小于5mm,并要定期检查侵蚀情况。 中国WWW.LWLM.COM整理。

    1.4手持式、移动式电气设备的接地

    手持式、移动式电气设备的接地线应采用软铜线,其截面不小于1.5mm2,以保证足够的机械强度。接地线与电气设备或接地体的连接应采用螺栓或专用的夹具,以保证其接触良好,并符合短路电流作用下动、热稳定要求

    2接地装置运行

    接地装置运行中,接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂,接地电阻也会随土壤变化而发生变化,因此,必须对接地装置定期进行检查和试验。

    2.1检查周期 qiqi8.cn 778论文在线

    ①变(配)电所的接地装置一般每年检查一次;

    ②根据车间或建筑物的具体情况,对接地线的运行情况一般每年检查1次~2次;

    ③各种防雷装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次。

    ④对有腐蚀性土壤的接地装置,应根据运行情况一般每3年~5年对地面下接地体检查一次;

    ⑤手持式、移动式电气设备的接地线应在每次使用前进行检查;

    ⑥接地装置的接地电阻一般1年~3年测量一次。

    2.2检查项目

    ①检查接地装置的各连接点的接触是否良好,有无损伤、折断和腐蚀现象。

    ②对含有重酸、碱、盐等化学成分的土壤地带(一般可能为化工生产企业、药品生产企业及部分食品工业企业)应检查地面下500mm以上部位的接地体的腐蚀程度。

    ③在土壤电阻率最大时(一般为雨季前)测量接地装置的接地电阻,并对测量结果进行分析比较。

    ④电气设备检修后,应检查接地线连接情况,是否牢固可靠。

    ⑤检查电气设备与接地线连接、接地线与接地网连接、接地线与接地干线连接是否完好。

    三、维护人员要求

    1认真观察

    通过眼睛的观察可以发现的异常现象有:破裂、断线;变形(膨胀、收缩、弯曲);松动;漏油、漏水、漏气;污秽;腐蚀;磨损;变色(烧焦、硅胶变色、油变黑);冒烟(产生火花);有杂质异物;不正常的动作等等。

    2耳听鼻闻

    设备由于交流电的作用而产生振动并发出特有的声音,并呈现出一定的规律性。如果仔细倾听这些声音,并熟练掌握声音变化的特点,就可以通过它的高低节奏,音色的变化,音量的强弱,是否伴有杂音等,来判断设备是否运行正常。

    电气设备的绝缘材料因过热而产生的特有的焦糊气味,大多数的人都能嗅到,并能准确地辨别。值班人员在进入配电室检查电气设备时,如果闻到了设备过热或绝缘材料烧焦而产生的气味时,就应着手进行检查,看看有没有冒烟变色的地方,听一听有没有放电闪络的声音,直到找出原因为止。闻气味也是对电气设备某些异常和缺陷比较灵敏的一种判别方法。