论文部分内容阅读
摘 要：工业缝纫机应用的过程中比较常用的电机形式就是离合器电机，这种电机比较明显的特征就是能耗非常大、噪音异常高，此外，在温升方面也相对比较明显，为了可以更好的改善工业缝纫机运行过程中的节能功效，提升其智能化的应用效果，研制了一种节能控制器，这种节能控制器能够十分有效的确保电机在平稳运行的情况下，用电系统的无功功耗可以降低到合理的状态，从而也使得生产的效率得到显著的提升。
关键词：工业缝纫机；单相异步电机；节能；控制器
1 引言
工业缝纫机比较适合在工业部门开展大规模的集中生产和缝纫工作，通常采用的是电动机传动的形式，离合器电机是在缝纫机上最常使用的一种电机形式，这种电机的成本并不是很高，所以很长时间以来都没有非常好的替代物，但是它也存在着一定的不足，其中，最为明显的就是能耗方面的不足，效率相对较低，这样也对节能改造产生了较大的阻碍。而电子信息技术的发展使得电机节能具有十分广阔的前景。
2 单相异步电机
工业缝纫机当中比较常见的电机形式就是离合器电机形式，其采用的是单相异步电机，也就是采用单相电源进行供电处理，将其当作是驱动用的一类异步电机形式，这一电机的定子上单绕组产生的是脉振磁势，其在分解中所得到的正、逆序幅值完全相等的旋转磁势。单绕组异步电机在运行的过程中并没有启动转矩，但是在转子转起来之后，虽然定子只有单绕组通电，但是电机在这一过程中能够产生驱动转矩，这样也就使得电机可以在单绕组的情况下保证正常的运行。
以往的离合器电机的动力主要是靠离合器离合作用而传递的，不管其是不是在执行缝纫任务，电机一直都处在运转的状态当中，所以电机空载的时间有的时候要比工作的时间更长，所以在空载状态下所产生的消耗也非常大，一般情况下，输出效率只有输入功率的40%-50%，电机在工作的状态下，无论其缝制的布料厚度是多少。其一直处在全功率输出的状态，在缝纫机待料待机的时候，电机主要通过离合器来调节负载问题，持续性开展空载运行，这样就使得缝纫机会产生非常严重的待机损耗现象。电机在实际的工作中标称过大，运行的周期也处于长期变化的情况之下，从而使得电动机在运行的过程中会存在着非常严重的振动，机器运行的效率也无法保证，一方面会浪费很多的电能，同时也使得故障停机的时间大大增加，使得电机自身的性能和寿命都受到了一定的不利影响。在设备维修的过程中也需要消耗更多的费用。
3 控制器
我们研发的高效节能电机控制器对单相异步电机进行控制，效率达到70～80%；这种控制器可使电机运行情况下大大降低用电系统无功功率消耗。改变工业缝纫机马达在原有状态下的空载大功率，智能降低空载的使用功率（在完全对使用效果没影响的情况下），使电机温度下降15℃～32℃（实测），减少马达线圈的高温老化，延长使用寿命，振动水平有效降低，故障停机时间缩短，磨损降低。可保证电机连续平滑地启动，消除了常规启动方式伴随电机启动所产生的机械冲击和大启动电流，通过高效节能单相异步电机替代交流离合器电机在工业缝纫机领域推广应用，在电机空载情况下，节电率最高可达50～70%，在电机带负载情况下（面料缝制时），节电率仍可达到10%～25%。综合计算安装工业缝纫机节能控制器后，平均节电可达30%～50%。
如图1所示为系统硬件结构图，电源通过整流滤波为功率变换电路提供所需的电压或电流，功率变换电路主要起到功率驱动的作用，驱动单相异步电机M运转。电机的速度由速度传感器E来检测然后通过A/D转换传送给控制电路。控制电路是整个控制器系统的大脑，由它控制整个装置的工作并实现相应的保护功能。一般来说，控制电路具有以下几个功能：控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、显示电路、辅助电源电路等。控制电路是系统的控制核心，根据设定的要求控制系统其他部分进行有序的工作，同时通过功率变换对电机进行速度的准确控制和对电机工况进行检测，还具有电压和电流检测的功能，可进行多种启动模式的控制。
如图2所示为系统控制原理图，在系统中设计电流环，来控制电机电流的变化，这样不但可以减少转矩的脉动，还可以在快速启动时，防止出现过载电流，损害系统。为了使电流环、速度环都能发挥各自的作用，在系统中分别设置电流调节器，速度调节器。两者之间串级连接，内环为电流环，外环为速度环。电流控制器采用比例积分微分（PID）控制器形式，速度控制器采用智能控制-模糊控制器形式，控制的综合效果好，鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，适合于缝纫机的速度调节系统的控制。
高效节能控制器在对单相异步电机控制的过程中，其效率相对较高，甚至可以超过8成，控制系统当中有嵌入式软件，系统在运行的过程中可以随时的对点击自身的运行状况进行全面的检测，系统在运行的过程中需要频繁的对电机实际的运行状况进行全面的检测，此外还要将信息及时的传递给嵌入式控制系统当中，借助专业的软件去调节点击的输出转速和输出功率，从而使得电机在工作的过程中处于节能的状态当中。在缝纫机待料、待机的状态下，系统要暂停工作，这样就不会产生待机损耗。电机在轻载情况下，定子激磁电流的主要成分是无功电流，功率因数很低，大约在0.1～0.2。在给定速度前提下，通过适当降低电压，可有效减少定子电流的无功分量，提高功率因数。在满载运行时，在给定速度下，根据负载转矩的需求改变电压，以避免过大的定子励磁无功电流，获得较高的功率因数运行状态。这种控制器可使电机运行的情况下大大降低用电系统无功功率消耗。
结束语
所研制的节能控制器不仅节能，还显著降低成本，减轻环境污染，对促进缝纫机械产业的发展及提升整个中国缝纫机械的市场竞争力都具有重大意义。为提高我国工业缝纫机行业的竞争力，为企业的国际竞争赢得主动权，我们应加大科技研发的力度，大力开展高技术含量、高附加产值、具有自主知识产权的高端产品的研发。
参考文献
[1]朱兰斌，王嘉宁，秦仓法.基于TMS320F28034的工业缝纫机多功能交流伺服控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2011（2）.
[2]曹莹，贲礼进.基于永磁同步电动机的工业缝纫机伺服控制系统[J].微特电机，2011（9）.
[3]俞迪峰，王竹林，孙正捷，杨成忠.基于TMS320F2812的工业缝纫机交流伺服系统设计[J].微电机，2010（1）.
[4]叶维民.工业缝纫机伺服系统技术指标的测量方法[J].现代电子技术，2010（11）.
关键词：工业缝纫机；单相异步电机；节能；控制器
1 引言
工业缝纫机比较适合在工业部门开展大规模的集中生产和缝纫工作，通常采用的是电动机传动的形式，离合器电机是在缝纫机上最常使用的一种电机形式，这种电机的成本并不是很高，所以很长时间以来都没有非常好的替代物，但是它也存在着一定的不足，其中，最为明显的就是能耗方面的不足，效率相对较低，这样也对节能改造产生了较大的阻碍。而电子信息技术的发展使得电机节能具有十分广阔的前景。
2 单相异步电机
工业缝纫机当中比较常见的电机形式就是离合器电机形式，其采用的是单相异步电机，也就是采用单相电源进行供电处理，将其当作是驱动用的一类异步电机形式，这一电机的定子上单绕组产生的是脉振磁势，其在分解中所得到的正、逆序幅值完全相等的旋转磁势。单绕组异步电机在运行的过程中并没有启动转矩，但是在转子转起来之后，虽然定子只有单绕组通电，但是电机在这一过程中能够产生驱动转矩，这样也就使得电机可以在单绕组的情况下保证正常的运行。
以往的离合器电机的动力主要是靠离合器离合作用而传递的，不管其是不是在执行缝纫任务，电机一直都处在运转的状态当中，所以电机空载的时间有的时候要比工作的时间更长，所以在空载状态下所产生的消耗也非常大，一般情况下，输出效率只有输入功率的40%-50%，电机在工作的状态下，无论其缝制的布料厚度是多少。其一直处在全功率输出的状态，在缝纫机待料待机的时候，电机主要通过离合器来调节负载问题，持续性开展空载运行，这样就使得缝纫机会产生非常严重的待机损耗现象。电机在实际的工作中标称过大，运行的周期也处于长期变化的情况之下，从而使得电动机在运行的过程中会存在着非常严重的振动，机器运行的效率也无法保证，一方面会浪费很多的电能，同时也使得故障停机的时间大大增加，使得电机自身的性能和寿命都受到了一定的不利影响。在设备维修的过程中也需要消耗更多的费用。
3 控制器
我们研发的高效节能电机控制器对单相异步电机进行控制，效率达到70～80%；这种控制器可使电机运行情况下大大降低用电系统无功功率消耗。改变工业缝纫机马达在原有状态下的空载大功率，智能降低空载的使用功率（在完全对使用效果没影响的情况下），使电机温度下降15℃～32℃（实测），减少马达线圈的高温老化，延长使用寿命，振动水平有效降低，故障停机时间缩短，磨损降低。可保证电机连续平滑地启动，消除了常规启动方式伴随电机启动所产生的机械冲击和大启动电流，通过高效节能单相异步电机替代交流离合器电机在工业缝纫机领域推广应用，在电机空载情况下，节电率最高可达50～70%，在电机带负载情况下（面料缝制时），节电率仍可达到10%～25%。综合计算安装工业缝纫机节能控制器后，平均节电可达30%～50%。
如图1所示为系统硬件结构图，电源通过整流滤波为功率变换电路提供所需的电压或电流，功率变换电路主要起到功率驱动的作用，驱动单相异步电机M运转。电机的速度由速度传感器E来检测然后通过A/D转换传送给控制电路。控制电路是整个控制器系统的大脑，由它控制整个装置的工作并实现相应的保护功能。一般来说，控制电路具有以下几个功能：控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、显示电路、辅助电源电路等。控制电路是系统的控制核心，根据设定的要求控制系统其他部分进行有序的工作，同时通过功率变换对电机进行速度的准确控制和对电机工况进行检测，还具有电压和电流检测的功能，可进行多种启动模式的控制。
如图2所示为系统控制原理图，在系统中设计电流环，来控制电机电流的变化，这样不但可以减少转矩的脉动，还可以在快速启动时，防止出现过载电流，损害系统。为了使电流环、速度环都能发挥各自的作用，在系统中分别设置电流调节器，速度调节器。两者之间串级连接，内环为电流环，外环为速度环。电流控制器采用比例积分微分（PID）控制器形式，速度控制器采用智能控制-模糊控制器形式，控制的综合效果好，鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，适合于缝纫机的速度调节系统的控制。
高效节能控制器在对单相异步电机控制的过程中，其效率相对较高，甚至可以超过8成，控制系统当中有嵌入式软件，系统在运行的过程中可以随时的对点击自身的运行状况进行全面的检测，系统在运行的过程中需要频繁的对电机实际的运行状况进行全面的检测，此外还要将信息及时的传递给嵌入式控制系统当中，借助专业的软件去调节点击的输出转速和输出功率，从而使得电机在工作的过程中处于节能的状态当中。在缝纫机待料、待机的状态下，系统要暂停工作，这样就不会产生待机损耗。电机在轻载情况下，定子激磁电流的主要成分是无功电流，功率因数很低，大约在0.1～0.2。在给定速度前提下，通过适当降低电压，可有效减少定子电流的无功分量，提高功率因数。在满载运行时，在给定速度下，根据负载转矩的需求改变电压，以避免过大的定子励磁无功电流，获得较高的功率因数运行状态。这种控制器可使电机运行的情况下大大降低用电系统无功功率消耗。
结束语
所研制的节能控制器不仅节能，还显著降低成本，减轻环境污染，对促进缝纫机械产业的发展及提升整个中国缝纫机械的市场竞争力都具有重大意义。为提高我国工业缝纫机行业的竞争力，为企业的国际竞争赢得主动权，我们应加大科技研发的力度，大力开展高技术含量、高附加产值、具有自主知识产权的高端产品的研发。
参考文献
[1]朱兰斌，王嘉宁，秦仓法.基于TMS320F28034的工业缝纫机多功能交流伺服控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2011（2）.
[2]曹莹，贲礼进.基于永磁同步电动机的工业缝纫机伺服控制系统[J].微特电机，2011（9）.
[3]俞迪峰，王竹林，孙正捷，杨成忠.基于TMS320F2812的工业缝纫机交流伺服系统设计[J].微电机，2010（1）.
[4]叶维民.工业缝纫机伺服系统技术指标的测量方法[J].现代电子技术，2010（11）.