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探究电机生产技术对电机控制算法的影响

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：曲庆杰

[导读] 摘要：作为现今社会中最为常见的能量转换设施-电动机，其工作原理在于借助定子磁场与转子磁场之间的相互作用而完成能量转换，该设备在诸多领域中均有所运用。

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        摘要：作为现今社会中最为常见的能量转换设施-电动机，其工作原理在于借助定子磁场与转子磁场之间的相互作用而完成能量转换，该设备在诸多领域中均有所运用。而线圈绕组，会对电动机的性能产生较多影响，也是机器可否发挥有效性能的关键所在，本文主要针对电机生产技术中的绕组缠绕问题进行深入分析，并以此为依据，分析其对于电机性能和控制算法所产生的影响。
        关键词：电机；生产技术；控制算法
        伴随着社会各界的不断发展，对于电动机的性能也提出了新的挑战，电机在生产时也可通过不同的绕线方式，继而对其控制算法产生不同影响。
        1电机生产技术
        在电动机的生产过程中，最为重要的一项在于电机线圈的缠绕。具体的缠绕过程为：首先，需要明确电机的线径、圈数、节距等具体数据，而后参照绕线机线模的具体固定要求，设置计数器，便可开始绕制。当前市面上所生产的电机主要运用了针绕法、拉伸法、线性缠绕法等方法，诸多的绕线方法对电机实际性能的发挥也产生了不同作用。
        2生产技术对产品性能控制的影响
        在实际生产中，即便是选用了相同的材料与设计构造，所生产出的产品性能也各不相同。以某厂的抽检记录为例，可以看出，有的电机铁耗值差额在40%左右，电机烧组的使用时间更是相差甚远。造成这种现象的原因，固然有原材料方面的因素，但毋庸置疑的是不同的线圈缠绕方式对于产品性能的显著影响。合理的缠绕方式，明显有利于延长产品的使用寿命，并且发挥出产品的真正效用。
        3组成智能电机控制系统的方式以及在日常生产中的应用情况
        3.1逆变器部件。1）合理应用功率开关与电路形式。现阶段，有许多生产加工行业所应用最为广泛的两种方式就是两相导通星形三相六状态与星形三相三状态。在主电路中作用各异的逆变器功率开关管是最为关键的核心部分，其属于晶闸管的复合器件，存在着明显的优势，其中最为显著的就是电流大、控制功率小、电压高以及容易驱动的特点[2]。为了使逆变器更加可靠，体积逐渐缩小，可以借助近几年发展迅速的功率开关管，并将其集成电路。2）驱动电路的构成情况。智能电机的合理使用离不开控制器，应通过合理的方式应用驱动电路，放大智能电机的功率，利用控制器向各功率开关管，使智能电机的驱动信号得到饱和。随着电子领域的快速发展，集成电路技术也水平也得到了显著的提升，目前为止，科技人员已经将驱动电路制作成集成电路，并具备相应的传输功率，集成电路在无刷直流电动机上的应用构成驱动电路，具有推广的作用。
        3.2在控制系统中合理应用控制器。在智能电机中，控制器是至关重要的组成部分，主要概括了两部分，其中一种是智能电机控制系统主要用于集成电路方面，依据我国电子领域的市场环境，有很多厂家开始生产无刷直流电动机，并且所具备的规格也是不同的其用途也具备明显的区别，专用于集成电路。这部分集成控制电路具备专利指定的智能电机配用设备，可以将分立元件对集成控制电路所造成的漏洞进行弥补，不断增强控制电路的可靠性。在控制系统中，有效的控制方案在生产无刷直流电动机需要具备一定的规模，但所存在的规模具有一定的局限性，无法将无刷直流电动机所存在的功能充分发挥出来[3]。控制器在智能电机的另一方面可以体现出是以计算为核心的控制系统。除了电子领域以外，无刷直流电动机在其它领域中也有着广泛的应用，从而使用人员对无刷直流电动机的功能与应用情况也提出了更高的要求，硬件模拟电子器件是控制器的关键部件，数字电路与信号等方面都是主要的发展方向，最终全面实现由硬件转向软件的控制规律。
        4电机控制技术概述
        伴随着时间的推移，现如今，电机控制技术依已然取得了一定进步，逐渐步入成熟阶段。

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但是，随着科技的发展，涌现出了许多新型电子产品，因而，对于电机控制技术也提出了更高的要求。加之，考虑到应维持环境的可持续发展，节能与高效也成为了电机控制技术中亟待解决的问题。
        当前，永磁同步电机的出现无疑是电机界的一大革新，其不仅拥有着水平较高的生产技术，特性还介于感应电动机与无刷直流电机之间，因此，虽然它的转子具有永磁体，但是定子却遍布铜线绕组，这一点与无刷直流电机相似；而在电动机气隙中的定子结构却可以产生正弦磁通密度，此点却又同感应电动机相仿。除此以外，永磁同步电机控制算法的可靠性可由生产过程中的定子之上的线圈缠绕方式所决定。
        5永磁同步电机定子绕组的针绕法
        针绕法是一种直接缠绕的的方式，具有较强的灵活性，可以实现自动化操作，具体表现在导线可在张力作用下，直接缠绕进定子槽之中。该方法也是制造电动机时所使用的主要方法，但是，使用手动模式进行缠绕的定子与使用针绕机进行缠绕的定子间仍存较大差异，可参见下图。
        虽然缠绕技术与模式各不相同，但它们共同的目标均在于提高铜填充率，从上图可知，缠绕模式的不同，对于铜填充率的提升程度也有所区别。增加电动机中的铜填充率，可以提升机器的运转效率以及功率密度，使其发挥最大效用。在手动缠绕模式之下，势必会增添可以对填充率发挥积极影响的绕组设计。但与此同时，也增加了工序，为了改善这种现象，现如今的电动机生产厂家多使用针绕技术。
        6数字化控制针绕技术
        针绕线机通常会从诸多机器代码之中提取需执行的机器指令，因此，在机器做出具体的操作之前，相关指令均以代码文件的形式进行存储。在MATLAB中，可以十分快捷高效的创设机器代码以及对其进行修改。因此，该程序显现出了诸多优势，可使用其替代原有的TEACHIN编程法，这样一来，即可在机器现拥有的几何数据中系统化、自动化的生成相关指令，并将其保存为代码形式。而在此过程中，需要应用到一个相对复杂的数字化计算模型。
        实际工作中，该模型基本可以实现自动化操作，并且针对MATLAB还研发出了相应程序。该程序不仅确保囊括了所有的生产流程，而且还具有较强的灵活性，可以自主生成用于测试的机器指令。除外，还可以保障计算过程的精确性与完整性。
        借助该计算模型，还有助于在制造环节中，确立各个部件的具体位置，并使其完成的相关指令。考虑到在设计中出现的针尖形状后，该模型在电机正反两面面对绕针进行缠绕时，针尖中的各点需被区别对待，以此提高模型的计算准确度。与此同时，模型还对可能发生的碰撞情况进行了细致分析，以此实现计算的全面性与安全性。具体的分析流程包括：銅机在进行缠绕时，铜线是从针尖处而出，其后被缠绕于电机中。不过，由上文可知，电机正反两面面对绕针进行缠绕时，所采用的运动方式也不相同，正面向绕针的一侧，缠绕运动有针架的平移运动而实现，反面向绕针的一侧，则需依靠针架的平移和转动共同合作，此处就存在着一定的碰撞风险，所以，针架的运动空间受到了限制。通过模拟测试得出的碰撞结果，可以形成一套参数化的计算模型，从而帮助确定缠绕时需避开的坐标位置。
        7结束语
        综上所述，随着电动机在各行各业显现出了越来越大的重要性，对于线圈绕组的方法应进行仔细考量，继而使电动机发挥出最大效用。
        参考文献：
        ［1］孙鹏远.电机生产技术对电机控制算法影响的研究［J］.数字化用户，2017（37）.
        ［2］Stenzel，P.；Dollinger，P.；Richnow，J.；Franke，J.新式针绕技术对铜填充率的提高［J］.International Conference on Electrical Machines and Systems，2014.