缝纫机用无刷直流电动机及其控制系统的研制
周贤韬 徐 卫 朱世益 麻志德(芜湖电机厂241000)
摘 要 介绍了工业缝纫机用永磁无刷直流电动机及其自动控制系统的研制及特点，重点分析了产品的电磁设计和控制系统设计。
叙 词 永磁电机无刷直流电动机缝纫机控制系统设计
1 引 言
随着经济的发展，适应高档服装生产的高速工业缝纫机用永磁无刷直流电动机及其三自动控制系统开始大量进入我国市场。这种产品功能齐全、性能优越，深受服装工业界的欢迎。为追踪国际先进水平，提高产品在国际市场的竞争能力，国内一些高校和大型企业相继开展这类产品的研制工作。我厂同合肥工业大学合作研制出sf-13 - 550型永磁无刷直流工缝电动机及其控制系统，其产品的主要技术指标及优点为：功率550w，额定转速3 600～4 000r／min，调速比1 t 100，正反转，快速起动和制动(looms)，定位精度高，过载能力大，噪声、振动低。同时具有实现工业缝纫机的自动切线、自动返缝、自动挑线的三自动控制功能。
2 电磁设计
稀土永磁无刷直流电机是由同步电动机、电子逆变电路和位置传感器组成。
2.1基本工作原理
稀土永磁无刷直流电机的基本工作原理是借助于反映转子位置的传感器信号，遁过驱动电路，驱动逆变电路的功率开关元件，使电枢绕组依一定顺序馈电，从而在气隙中产生步进旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断输出信号，从而改变电枢绕组的通电状态，实现能量转换。
2.2设计方法
设计稀土永磁无刷直流电动机和普通直流电动机有所不同，首先是根据给定的技术经济指标，选择合理的电枢绕组和电子换向电路的组合方式，以及与之相适应的转子位置传感器形式，然后才能合理进行电动机的磁路和电路的设计。
这里考虑了两种情况，一是气隙磁场为正弦分布；二是气隙磁场为方波形式。结合所选择的电子线路形式，按照直流电机的分析方法，推导出稀土永磁无刷直流电动机的理想空载转速，平均电磁转矩，平均电枢电流；通过磁路及电路计算求出电机的所有指标及工作特性。设计框图如图1所示。
2-3气隙磁场及转矩平稳性研究
作为伺服电机，保持转矩和低速运行时转速的平稳是很重要的。由于采用电子换向，电机绕组的供电状态是开关型的，其波形为方波或阶梯波。形成的电枢磁场呈步进磁场，负载时的气隙磁场由转子永磁体磁场和步进电枢磁场合成。由于电枢磁场的步进性，使其气隙磁场波动，进而影响电磁转矩的平稳性。所以步进磁场对无刷直流电动机转矩平稳性是至关重要的。为了提高电机控制系统的极限调速比，减小永磁电机的静态定位转矩是一个重要因素。为了减小定位转矩，除采用斜槽外，槽口应由2. 5mm减小到imm，这样定位转矩可减百分之5左右。相对而言，增大气隙是一条主要措施，当然这要受到磁体用量与工艺诸因素的影响，应统筹考虑。
2.4隶磁体工作的可靠性
工业缝纫机工作状态实质上是使电机处于频繁起、制动。对起、制动过程，均有起、制动转矩。该转矩的大小在短时间可能达到6倍左右的额定转矩。势必产生很大的起、制动电流。这样大的电流，对永磁体产生的去磁影响必须引起注意。特别在电机运行在负载温升时，随着工作温度的升高，这种去磁作用就越大。若对永磁体的厚度选取不当，这种去磁反应还将影响到永磁体的回复线。在设计工业缝纫机用永磁电机时，永磁体的设计必须考虑二点：第一是电机****工作温度，第二是起、制动时的电枢反应去磁作用。
3 永磁无刷直流电动机的速度调节系统
3.1 永磁无刷直流电动机的速度调节系统数学模型
永磁无刷直流电动机按上述设计，其内电势为1200平顶的梯形波，若它与功率逆变电路匹配，通过适当的供电方式，可以获得转矩脉动最小的工作状态。按理论分析，以三相6拍二相通电方式工作，且取，．角为00，可获得****的平均转矩。
功率开关器件除导通瞬间过程较为复杂外，在导通后，实际上电机的状态可以用公式u= e+/d/／dt+/r描述，而在开关器件断开后，如果存在续 |
