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运用在食材切削作业带动的新式线形电机程序
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-11-18

  驱动(Driver)机构(organization)结构设计(Design)驱动系统(system)(actuation system)的设计目标(cause)是结构简单、体积(volume)小、力量大、噪声小。微型电动机是指直径小于160mm或额定功率小于750W的电机,微型电动机常用于控制系统或传动机械负载中,用于实现机电信号或能量的检测、解析运算、放大、实行或转换等功能。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。娱乐吧亚洲第一品牌是变频器驱动的电动机的统称。随着变频调速技术的快速发展,各种高压变频器不断出现, 在电厂厂用电等方面发挥着巨大的节 能作用。对于这种体积受限而需要较大驱动力的情况(Condition),采用永磁动子的圆柱形永磁直线同步马达是常用的选择。但这里采用这种电机结构并不能很好地实现,因为对于细长结构的电机,特别是电机直径(diameter)较小的结构,圆环形径向冲磁磁钢方式会带来磁路设计上的困难。考虑到磁路不能太饱和,因此中心轴截面不能过小。而为了获得一定的磁势,磁钢径向厚度又必须有一定的数值。这种磁钢设计上“不可兼得”的矛盾(事物属性的对立)使得采用永磁动子的圆柱形永磁直线同步电机并不能达到目标。采用轴向分段式结构可较好地解决这一问题。所谓轴向分段式就是次级轴向结构上由永磁磁钢和导磁材料依次相间组合构成。这样设计使得磁路既具有合适的磁动势,又可保证一定的磁通路截面,从而很好的解决了上述矛盾。事实(Fact)证明这个解决方案(plan)是非常有效的。是轴向分段式直线永磁同步电机结构图,共由8个极对(16个磁钢)组成,定子采用分段式结构,由磁钢和电工纯铁相间构成,外层用铝管加固。
  轴向分段式永磁直线同步电机结构在永磁同步电机中为产生恒定转矩,要求电动机定子电枢反电动势和逆变器(inverter)输入定子电枢的相电流(Electron flow)都必须是正弦的。但实际上由于永磁体形状和定子齿槽的存在,反电动势不可能(maybe)是严格正弦的,这样必然会有转矩脉动。由反电动势非正弦或定子电流谐波引起的转矩的脉动称为纹波转矩。当转子旋转时,由于定子齿槽的存在或定子铁心磁阻的变化而产生的磁阻转矩就叫齿槽转矩。为使永磁同步电机运行(Windows)非常平稳,必须设法减小纹波转矩和齿槽转矩等脉动转矩。
  轴向分段磁路结构的动子,当采用不同的磁钢长度比值(两数相比所得的值),对电机空载气隙磁场的分布波形有很大影响。在对永磁直线同步电机的齿槽效应和谐波力矩的分析(Analyse)中,检测电机空载磁场的波形可以判别电机运行时齿谐波的大小。对于绕组电流为近似正弦电流的永磁同步电机而言,通过动子结构和磁钢位置、形状的选择,来实现空间气隙磁场的正弦分布,显著削弱齿槽效应引起的转矩波动,使得电机运行平稳无波动。在电机永磁磁钢设计中,通过电机空载稳态磁场的分析可优化确定动子分段磁钢的长度与空间磁场形状与强度关系。
  切刀是切削机构的实行工具,由可看出切刀是安装在初级的一端。控制系统、位置检测系统是与初级制作在一起的,这样虽然使动初级的负重增加了,但这避免了将三者用导线连接起来而引入的干扰和不稳固、不可靠。将三者牢固的制作在一起就提高了系统的稳固性,也使系统更加紧凑。
  驱动控制系统电机的控制系统是一个简单的闭环控制系统,其控制过程是通过对经过处理(processing)的信号进行检测以确定当前初级所处的位置。当初级到达次级端部时,就改变电源(power supply)的相序进而改变初级的运动方向,最终使电机初级在预定的次级长度内作往复运动。整个控制系统硬件部分包括DSP芯片,IPM,高压电路,位置检测电路,信号处理电路,驱动电路(DC)等。控制系统选用的芯片是TI企业的TMS320F2407,该芯片提供了高性能的电机数字控制方案的核心部分,包括定时器、全比较单元、PWM硬件产生电路、捕获(catch)单元、正交编码脉冲电路,可以产生用于驱动绝大多数电动机的PWM脉冲信号。控制系统的硬件结构如所示:控制系统结构图控制系统的主要任务的是控制初级的运动方向,这主要通过检测初级的位置来实现。检测初级位置的方法(method)是把霍尔传感器(transducer)固定在初级一端,对其输出信号经行处理,并将处理后的信号反馈(feedback)到DSP.处理后的信号大致为正弦信号。霍尔传感器安装的位置如中所示,在实际中电机每次停止运动时都停在次级的一个端部,这样做的目的是为了使电机每次启动时能直接按预定长度运行而不要确定当前初级所在哪个磁钢的位置。
  整个控制系统App由主程序(procedure)和中断子程序2部分组成,主程序主要完成一些初始化的工作,包括定时器,ADC,事件管理器的初始化。中断子程序完成PWM波形的生成和键盘按键的输入处理。
  试验及结果为由分段式结构电机构成的驱动系统的实物图,由图中可看出整个驱动系统结构非常紧凑简单。根据控制系统结构完成了电机控制系统的硬件安装、调试和控制系统App的编写、调试。
  驱动系统实物图对驱动系统的试验表明整个驱动系统运行平稳、力量大、体积小。控制系统能够根据经过处理的霍尔传感器的输出信号很好的将初级控制在预定范围(fàn wéi)内运动。同时还对驱动系统的温升和发热进行了试验,经过长时间的运行电机温升和发热都不高。
  结语高性能食品切削加工机械对电机驱动系统的体积、力矩等方面要求比较高,对于这种体积受限的圆桶形永磁直线电机,用分段式磁钢组合的方式设计动子结构,有效的解决了次级磁路设计中的限制,提高了电机气隙的磁密,同时简化了电机磁钢的结构和充磁方式。通过对动子磁钢长度的优化设计,使得电机单位体积的力能指标(target aim)达到最大。实际做出的驱动系统结构简单、体积小。对该系统试验表明系统运行平稳、力量大、噪声小、温升发热小,可广泛应用(application)于食品切削加工机械的驱动系统。
  
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