直流電機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)

2 直流電機(jī)的控制原理與總體方案

隨著我國城市軌道交通的發(fā)展，對軌道客車在電氣化、智能化、節(jié)能化以及舒適性、便捷性等方面的要求越來越高，其中的內(nèi)外端門的自動(dòng)控制是待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。軌道客車門控制系統(tǒng)是軌道客車的一個(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(jié)之一。其類型很多，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(tǒng)已趨于淘汰。氣動(dòng)和電動(dòng)占據(jù)著主要市場。

氣動(dòng)的主要由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)、汽缸、活塞、螺旋副、轉(zhuǎn)臂、蓄電池及電磁閥等組成。其工作原理是:電磁閥門開啟后，來自空壓機(jī)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(qū)動(dòng)螺母外的套管作逆向回轉(zhuǎn)，使固連于該套管上的轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)車門關(guān)閉;在關(guān)門過程中，乘客被夾住時(shí)，光電傳感器將采集的信號經(jīng)電控系統(tǒng)傳給電磁閥，使氣壓反向，驅(qū)動(dòng)車門退回后再關(guān)，直到被夾狀態(tài)消除后關(guān)門到位。開門時(shí)，電控使氣源從反向進(jìn)入氣缸，運(yùn)動(dòng)與上述相反，則帶動(dòng)車門開啟;當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法打開車門時(shí)，可操作“應(yīng)急”按扭，將氣缸的氣體放掉，用人工推開車門，使乘客安全脫離。氣動(dòng)門能實(shí)現(xiàn)車門開、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，占用了車內(nèi)很大空間，式樣也很不美觀;(2) 消耗了較大的發(fā)動(dòng)機(jī)能量，并增加了排放量，不利于節(jié)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(dǎo)致氣體泄漏，使功能喪失，可靠性差;(4)采用空壓泵(機(jī))、電磁閥、電瓶、氣控裝置等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總成本高。為了解決氣動(dòng)門系統(tǒng)的弊端。

本論文采用電動(dòng)作為軌道客車門的驅(qū)動(dòng)源。相比與氣動(dòng)，采用電動(dòng)作為門系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)有以下特點(diǎn)：

(1) 電動(dòng)門的系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性和環(huán)境適用性較氣動(dòng)門系統(tǒng)高;

(2) 電動(dòng)門系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)空間尺寸小，有利于節(jié)約城市軌道客車的空間;

(3) 省略了大量的機(jī)械裝置，噪音小，有利于提高車輛的舒適性。

2.1 直流電機(jī)調(diào)速方法簡介

直流電機(jī)由于其優(yōu)良的控制特性而使其得到了廣泛的應(yīng)用。目前，雖然交流電機(jī)動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題已經(jīng)解決，但由于設(shè)備的投入和改造需要一個(gè)相當(dāng)長的過程，因此其調(diào)速控制尚未普及，直流電機(jī)動(dòng)系統(tǒng)仍在普遍使用。直流電機(jī)可分為有換向器的有刷直流電機(jī)和無換向器的無刷直流電機(jī)。雖然無刷電機(jī)在效率和使用壽命上比有刷直流電機(jī)都要突出，但其控制較為復(fù)雜。有刷直流電機(jī)的控制簡單、調(diào)速性能好。因此這里我們還是選擇有刷直流電機(jī)作為電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的載體。

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)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)，