直流電機優(yōu)化控制系統設計(一)

2 直流電機的控制原理與總體方案

隨著(zhù)我國城市軌道交通的發(fā)展，對軌道客車(chē)在電氣化、智能化、節能化以及舒適性、便捷性等方面的要求越來(lái)越高，其中的內外端門(mén)的自動(dòng)控制是待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。軌道客車(chē)門(mén)控制系統是軌道客車(chē)的一個(gè)重要組成部分，也是涉及安全和環(huán)保的重要關(guān)鍵環(huán)節之一。其類(lèi)型很多，按動(dòng)力源可分為：液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)三種。從發(fā)展趨勢看，液壓系統已趨于淘汰。氣動(dòng)和電動(dòng)占據著(zhù)主要市場(chǎng)。

氣動(dòng)的主要由發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)的空氣壓縮機、汽缸、活塞、螺旋副、轉臂、蓄電池及電磁閥等組成。其工作原理是:電磁閥門(mén)開(kāi)啟后，來(lái)自空壓機的具有一定壓力的氣源經(jīng)輸氣管道進(jìn)入汽缸，推動(dòng)活塞及其上的螺桿上行，驅動(dòng)螺母外的套管作逆向回轉，使固連于該套管上的轉臂帶動(dòng)車(chē)門(mén)關(guān)閉;在關(guān)門(mén)過(guò)程中，乘客被夾住時(shí)，光電傳感器將采集的信號經(jīng)電控系統傳給電磁閥，使氣壓反向，驅動(dòng)車(chē)門(mén)退回后再關(guān)，直到被夾狀態(tài)消除后關(guān)門(mén)到位。開(kāi)門(mén)時(shí)，電控使氣源從反向進(jìn)入氣缸，運動(dòng)與上述相反，則帶動(dòng)車(chē)門(mén)開(kāi)啟;當系統出現故障無(wú)法打開(kāi)車(chē)門(mén)時(shí)，可操作“應急”按扭，將氣缸的氣體放掉，用人工推開(kāi)車(chē)門(mén)，使乘客安全脫離。氣動(dòng)門(mén)能實(shí)現車(chē)門(mén)開(kāi)、關(guān)及防夾自動(dòng)化，功能齊全 。但其缺點(diǎn)也十分明顯：(1) 控制裝置體積大，占用了車(chē)內很大空間，式樣也很不美觀(guān);(2) 消耗了較大的發(fā)動(dòng)機能量，并增加了排放量，不利于節能減排;(3)由氣路、電路雙路控制，故障點(diǎn)多，尤其在冬季，密封件易老化而導致氣體泄漏，使功能喪失，可靠性差;(4)采用空壓泵(機)、電磁閥、電瓶、氣控裝置等，結構復雜，總成本高。為了解決氣動(dòng)門(mén)系統的弊端。

本論文采用電動(dòng)作為軌道客車(chē)門(mén)的驅動(dòng)源。相比與氣動(dòng)，采用電動(dòng)作為門(mén)系統的驅動(dòng)有以下特點(diǎn)：

(1) 電動(dòng)門(mén)的系統的可靠性、實(shí)用性和環(huán)境適用性較氣動(dòng)門(mén)系統高;

(2) 電動(dòng)門(mén)系統的機構空間尺寸小，有利于節約城市軌道客車(chē)的空間;

(3) 省略了大量的機械裝置，噪音小，有利于提高車(chē)輛的舒適性。

2.1 直流電機調速方法簡(jiǎn)介

直流電機由于其優(yōu)良的控制特性而使其得到了廣泛的應用。目前，雖然交流電機動(dòng)機的調速問(wèn)題已經(jīng)解決，但由于設備的投入和改造需要一個(gè)相當長(cháng)的過(guò)程，因此其調速控制尚未普及，直流電機動(dòng)系統仍在普遍使用。直流電機可分為有換向器的有刷直流電機和無(wú)換向器的無(wú)刷直流電機。雖然無(wú)刷電機在效率和使用壽命上比有刷直流電機都要突出，但其控制較為復雜。有刷直流電機的控制簡(jiǎn)單、調速性能好。因此這里我們還是選擇有刷直流電機作為電能與機械能轉換的載體。

直流電機的轉速n和其他參量的關(guān)系可表示為：

(2-1)

其中Ua為電樞供電電壓(V);Ia為電樞電流(A)，