直流電機優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(一)

2 直流電機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，按動力源可分為：液壓傳動、氣動和電動三種。從發(fā)展趨勢看，液壓系統(tǒng)已趨于淘汰。氣動和電動占據(jù)著主要市場。

氣動的主要由發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓縮機、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，來自空壓機的具有一定壓力的氣源經(jīng)輸氣管道進入汽缸，推動活塞及其上的螺桿上行，驅(qū)動螺母外的套管作逆向回轉(zhuǎn)，使固連于該套管上的轉(zhuǎn)臂帶動車門關(guān)閉;在關(guān)門過程中，乘客被夾住時，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，電控使氣源從反向進入氣缸，運動與上述相反，則帶動車門開啟;當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法打開車門時，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。氣動門能實現(xiàn)車門開、關(guān)及防夾自動化，功能齊全 。但其缺點也十分明顯：(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)動機能量，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)、電磁閥、電瓶、氣控裝置等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總成本高。為了解決氣動門系統(tǒng)的弊端。

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

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

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

(3) 省略了大量的機械裝置，噪音小，有利于提高車輛的舒適性。

2.1 直流電機調(diào)速方法簡介

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(yīng)用。目前，雖然交流電機動機的調(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相當(dāng)長的過程，因此其調(diào)速控制尚未普及，直流電機動系統(tǒng)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換向器的無刷直流電機。雖然無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(fù)雜。有刷直流電機的控制簡單、調(diào)速性能好。因此這里我們還是選擇有刷直流電機作為電能與機械能轉(zhuǎn)換的載體。

直流電機的轉(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)，