直线电机应用评价指标的研究

1、直线电机应用评价指标的研究卓连财1,杨庆东1,韩秋实1,杨 雷2(1.北京信息科技大学机电工程学院,北京100192; 2.北京首科凯奇电气技术有限公司,北京102200摘 要:以直线电机直接驱动及其测试系统为背景,介绍直线电机的原理,根据直线电机不同的分类方法对直线电机的选型应用进行推荐,最后详细分析直线电机直接驱动系统的应用评价指标。调查表明,这些指标能有效的反映直线电机直接驱动系统的应用需求。关键词:直线电机;直接驱动;应用评价中图分类号:TM30 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(200904-0029-03Study on Application Evaluation P

2、arameters of Linear MotorZHUO Lian-cai 1,YANG Qing-dong 1,HAN Qiu-shi 1,YANG Lei2(1.Mechanical Electrical Engineering College,Beijing Information Science &T echnology university,Beijing 100192,China; 2.Beijing Shouke Catch Electric T echnology Co.,Ltd.,Beijing 102200,ChinaAbstract :Basing on lin

3、ear motor direct drive and testing system,this paper concludes the usages of different types of linear motors.Then it analyzes linear motor direct systems performance parameters.It is showed these parameters can meet the demands of the applications very well.Key words :linear motor;direct drive;appl

4、ication evaluation0 前言直线电机是一种不需要任何中间传动机构就能够将电能转化为直线运动的机械能的传动装置,因此,这种传动方式也称为 零传动 或 直接驱动 。 直接驱动 最为突出的优点是可得到瞬时的高加速度,即过渡过程极短、响应快。同时,直线电机具有结构简单、无接触运行、噪声低、速度和精确度高、控制容易、维护方便、可靠性高等优点,这就使得直线电机能够成为当代制造装备业中的理想驱动部件。目前,在国外由于技术方面的原因,公开发行的有关直线电机性能指标的测试文献不是很多;而在国内,这个领域研究工作不是很深,可以说是起步阶段,因此,根据凯奇公司的相关经验,笔者提出一些在实际应用中比较

5、有价值的参数指标。1 直线电机的原理直线电机可以看作是把旋转电机沿着径向剖开,并且将圆周拉直成为直线而得到的1,如图1 所示。图1 由旋转电机演变为直线电机的过程1 定子2 转子3 次级4 初级工作原理和旋转电机类似,也是利用电磁作用将电能转换成为运动动能。但是在气隙中产生的磁场不是旋转的,而是沿直线方向呈正弦分布、平移的,被称为行波磁场。次级导条在行波磁场切割磁力线,将感应电动势产生电流,电流和磁场相互作用就产生电磁推力,如果初级是固定的,那么次级就沿行波磁场运动的方向作直线运动2。2 直线电机的分类方法与选型应用2.1 直线电机按结构型式分类主要可以分为扁平型、圆筒型、圆盘型和圆弧型。扁平

6、型直线电机就是指电机的初级和次级的都是矩形结构,根据初级和次级的长短以及初级的个数又可以进行进一步的细分。扁平型直线电机是目前研究和应用最为广泛的直线电机。圆筒型直线电机是一种外形如旋转电机的圆柱形的直线电动机3;它就是把扁平直线电机的初级、次级沿着横向卷成筒型而得到的,主要应用于短行程、往复运动的场合,如冲压机、并联机床、并联机构坐标测量机等4。圆盘型直线电机是以圆盘作为直线电机的次级,不同型式的初级驱动圆盘作圆周运动。圆盘型直线电机通常适用于低速大转矩负载,特别是当负载本身具有较大圆盘式飞轮可作为直线电机的次级时,其经济性将更好5。如果把圆盘直线电机的初级弯成圆弧形就得到了圆弧直线电机。这

7、种电机的制造工艺较复杂,只有在用它作为高速直线电机模型时才有一定的价值,在工业上一般说来是不常用的,但是圆弧直线电收稿日期:2008-11-03;修订日期:2009-01-20作者简介:卓连财(1984-,男,江西大余县人,现为北京信息科技大学硕士研究生,Tel第28卷第4期2009年4月煤 炭 技 术Coal TechnologyVol 28,No 04Apr,2009机作为直接驱动,在国际上一些大型天文望远镜得到了很好的应用6,山东省煤炭科学研究所研制出一种采用弧形直线电机直接起动新型结构的翻车机7。2.2 直线电机按功能用途分类可以分为力电机、功电机和能电机。力

8、电机是指单位输入功率或单位体积所产生的推力,主要应用在短时、低速、堵住或极低速状态下;功电机是指在中高速下长期连续运行的直线电机;能量电机是指运动构件在短时间内能够产生极高能量的驱动电机,它主要是在短时间、短距离内提供巨大的直线运动能。2.3 直线电机按工作原理分类主要分为直线感应电机、直线同步电机、直线直流电机和直线步进电机。直线感应电机应用最广泛,因为它的次级可以是整块的金属材料,成本低,适宜于大型、长距离搬送质量大的物体;直线同步电机的效率高,适用于高速水平或垂直的机加工设备;直线直流电机适用于高速精密定位场合;直线步进电机介于直线直流电机和直线感应电机之间,适用于小型精密定位场合。3

9、直线电机直接驱动系统应用评价指标直线电机直接驱动系统应用评价主要从整套系统的效率、稳定性、可控性、快速型、精度等角度进行分析。直线电机的应用评价指标主要是推重比、推力波动、电气时间常数、推力线性度和速度出力线;伺服系统的性能分析指标主要集中在响应速度、稳定性、刚度及抗干扰能力4个方面。(1推重比。推重比是指直线电机次级质量与直线电机峰值推力的比值。它表示单位质量的最大出力。由牛顿第二运动定律可以知道,推重比反映的是直线电机的加速度大小,是衡量直线电机综合性能的重要指标之一,对于直线电机的使用场合与负载都能产生重要的影响,在高频启动和停止时对直线电机的加速度有比较严格的要求。(2推力波动。直线电

10、机对外输出的量主要是推力,这也是直线电机和旋转电机的重要的不同点之一。直线电机由于本身机构方面的原因具有推力波动性,推力的波动性远比选转电机的力矩的波动性大。推力对于直线电机的重要性可以与力矩对于旋转电机的重要性相媲美。由于直线电机的理论、设计、制造和负载及干扰等诸多方面的原因,直线电机必然存在推力波动。推力波动能够反映直线电机的运行是否平稳。(3电气时间常数。时间常数是表征电机动态性能的重要指标。在电机输入额定电压后,由于其电机的绕组有电阻、电感、分布电容和机械方面的缘故8,电机内部不可能瞬时就达到了额定状态(稳定状态,而是必须经过一段时间后才能达到,这就是时间常数。时间常数根据所反映机电系

11、统动态性能固有特性的不同而分为电气时间常数、机械时间常数和机电时间常数9。根据国家标准中对机电时间常数的定义,机电时间常数是电机在空载条件下加阶跃的额定控制电压,转速从零升到空载转速63 2%所需的时间。电气时间常数就是电感和电阻的比值,它反映的是作为电系统变化快慢的指标。(4推力线性度。由于电机有推力波动,电机波动较大时往往是不能工作的。推力线性度是用来描述电机有效工作区间的,也就是波动相对较小的区间 线性区间。事实上,在线圈磁通饱和之前推力-电流的比值应该近似恒定,称为推力波动系数。推力波动系数反映了电机和伺服驱动器之间的匹配性能和直线电机推力的平稳性10。该参数主要关注的是这一系数随电流

12、上升开始下降的曲线拐点即磁通趋近饱和的地方,这也是测试评价的重点;同时也是为了描述在不同的电流工作条件下,绕组的发热情况以及温度对电机推力的影响。(5速度出力线。不同使用场合对直线电机有着不同的速度要求。速度 出力线就是为了测试不同负载下直线电机的运行速度和电磁推力(额定、峰值。从原理上来说,速度和推力呈反比关系(其两项乘积为定值即电机工作在恒功率区,即随着电机运行速度的增大,电机的出力会变小。(6刚度。伺服系统的刚度是指系统抗外界扰动的能力,一个好的伺服系统,必须具备良好的刚度,以保证系统在外界的干扰下仍然能够有足够的稳定裕量和精度。一般来说,系统刚度分为静刚度和动刚度。静刚度指的是抑制低频

13、扰动或者静态外力扰动对电机的位置或速度误差影响的能力;动刚度指的是抑制外界的宽频扰动对电机的位置或速度误差影响的能力11。(7抗干扰。抗干扰是伺服系统的一个重要的动态性能指标。伺服系统在不同的工作条件下会带有不同的负载,负载在工作时会受到外界干扰的影响。抗负载扰动特性测试是了解或模拟伺服系统带负载运行时,伺服系统的稳定性、适应能力和误差等情况。(8指令响应。响应特性是伺服系统的一个重要评价指标,一般来说,系统响应速度快,说明系统的性能好。系统的指令跟随特性测试有助于评价一个系统性能的好坏。系统的指令跟随特性主要是从位置环、速度环、电流环3个方面对测试系统的性能进行评价,得出系统的最佳指令响应范

14、围。(9信噪比。从电流源的角度评价伺服驱动的电流控制精度。电流控制精度可以从3个方面体现:最小可控电流、信噪比和总谐波失真度。30 煤 炭 技 术 第27卷低压电机在DCS 系统失控的原因分析王立国(黑龙江省火电第三工程公司热工部,黑龙江七台河154600摘 要:通过介绍山东省临沂市某自备电厂1#机组试运行过程中,分散控制系统所控制的低压电机的失控现象以及对此所作的检查和试验情况,分析了产生低压电机失控的原因。并且从理论上对分散控制系统与低压电机开关装置的接口技术进行了深入的探讨,提出解决电机失控现象的技术措施。同时,对完善分散控制系统与低压电气设备的接口技术、提高系统可靠性提出了相应的建议。

15、关键词:分散控制系统;顺序控制系统;低压电机;接口技术中图分类号:TM30 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(200904-0031-03Analysis about Reasons of Out -of -control for Low VoltageMotor in DCS SystemWANG Li-guo(Thermal Engineering Department,Heilongjiang Province No.3Thermal Power Constructi on Corporation,Qi taihe 154600,ChinaAbstract :The pape

16、r introduces the out-of-control for low voltage motor under the control of the distributed control system and analyzes the reasons through the inspection and tests of one autonomous power plant in Li nyi,shandong province.Through the theoretical analysis of the interface technology about DC S and th

17、e switch ing device of lo w voltage motor,the paper puts forward the technical measures to resolve the out-of-control.At the same time,the paper gives construc tive suggestions about improving the interface technology of the dis tributed control syste m and lo w voltage electrical equipment.Key word

18、s :distributed control system;sequence control system;lo w voltage motor;interface0 前言该电厂为进口分散控制系统,控制范围包括模拟量控制系统(MCS、数据采集系统(DAS和顺序控制系统(SCS。但是,在DC S 系统的分系统调试过程中出现了许多技术问题,其中最严重、影响最大的就是SCS 系统控制下的低压电机失控问题。这些低压电机包括关系到机组安全运行的汽轮机交流润滑油泵、除氧循环泵、汽封冷却风机等,所以严重影响机组整套启动的顺利进行。4 结束语随着研发水平的提高以及制造成本的降低,直线电机将会得到越来越广泛的应用。到目前为止,国内还没有一套统一的应用评价标准,因此,制定一套实用的评价标准是迫切的,笔者所述的参数指标可以基本满足直线电机应用选型,可做为制定行业内的应用评价标准的建议参考指标。参考文献:1 叶云岳,等.直线电机的原理与应用M.北京:机械工业出版社,2000.2 胡幸鸣,许