縫紉機用無刷直流電動機及其控制系統的研制
周賢韜 徐 衛 朱世益 麻志德(蕪湖電機廠241000)
摘 要 介紹了工業縫紉機用永磁無刷直流電動機及其自動控制系統的研制及特點，重點分析了產品的電磁設計和控制系統設計。
敘 詞 永磁電機無刷直流電動機縫紉機控制系統設計
1 引 言
隨著經濟的發展，適應高檔服裝生產的高速工業縫紉機用永磁無刷直流電動機及其三自動控制系統開始大量進入我國市場。這種產品功能齊全、性能優越，深受服裝工業界的歡迎。為追蹤國際先進水平，提高產品在國際市場的競爭能力，國內一些高校和大型企業相繼開展這類產品的研制工作。我廠同合肥工業大學合作研制出sf-13 - 550型永磁無刷直流工縫電動機及其控制系統，其產品的主要技術指標及優點為：功率550w，額定轉速3 600～4 000r／min，調速比1 t 100，正反轉，快速起動和制動(looms)，定位精度高，過載能力大，噪聲、振動低。同時具有實現工業縫紉機的自動切線、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子位置的傳感器信號，遁過驅動電路，驅動逆變電路的功率開關元件，使電樞繞組依一定順序饋電，從而在氣隙中產生步進旋轉磁場，拖動永磁轉子旋轉。隨著轉子的轉動，位置傳感器不斷輸出信號，從而改變電樞繞組的通電狀態，實現能量轉換。
2.2設計方法
設計稀土永磁無刷直流電動機和普通直流電動機有所不同，首先是根據給定的技術經濟指標，選擇合理的電樞繞組和電子換向電路的組合方式，以及與之相適應的轉子位置傳感器形式，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。結合所選擇的電子線路形式，按照直流電機的分析方法，推導出稀土永磁無刷直流電動機的理想空載轉速，平均電磁轉矩，平均電樞電流；通過磁路及電路計算求出電機的所有指標及工作特性。設計框圖如圖1所示。
2-3氣隙磁場及轉矩平穩性研究
作為伺服電機，保持轉矩和低速運行時轉速的平穩是很重要的。由于采用電子換向，電機繞組的供電狀態是開關型的，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，進而影響電磁轉矩的平穩性。所以步進磁場對無刷直流電動機轉矩平穩性是至關重要的。為了提高電機控制系統的極限調速比，減小永磁電機的靜態定位轉矩是一個重要因素。為了減小定位轉矩，除采用斜槽外，槽口應由2. 5mm減小到imm，這樣定位轉矩可減百分之5左右。相對而言，增大氣隙是一條主要措施，當然這要受到磁體用量與工藝諸因素的影響，應統籌考慮。
2.4隸磁體工作的可靠性
工業縫紉機工作狀態實質上是使電機處于頻繁起、制動。對起、制動過程，均有起、制動轉矩。該轉矩的大小在短時間可能達到6倍左右的額定轉矩。勢必產生很大的起、制動電流。這樣大的電流，對永磁體產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，這種去磁反應還將影響到永磁體的回復線。在設計工業縫紉機用永磁電機時，永磁體的設計必須考慮二點：第一是電機****工作溫度，第二是起、制動時的電樞反應去磁作用。
3 永磁無刷直流電動機的速度調節系統
3.1 永磁無刷直流電動機的速度調節系統數學模型
永磁無刷直流電動機按上述設計，其內電勢為1200平頂的梯形波，若它與功率逆變電路匹配，通過適當的供電方式，可以獲得轉矩脈動最小的工作狀態。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****的平均轉矩。
功率開關器件除導通瞬間過程較為復雜外，在導通后，實際上電機的狀態可以用公式u= e+/d/／dt+/r描述，而在開關器件斷開后，如果存在續 |
