基于高定向热解石墨(HOPG)的电刷针表面修饰技术

目的旨在应对有刷微电机中的电刷与换向器间的磨损问题,尤其是由电弧侵蚀引发的性能和寿命下降。方法通过在电刷与换向器的接触界面引入HOPG材料,探索其在抑制电弧侵蚀和改善接触表面磨损方面的效果。重点测试了电刷针在HOPG表面修饰下的磨损行为与失效机制,并与传统材料进行对比。通过载流摩擦磨损试验,模拟实际工况,研究了在引入HOPG前后,换向器和电刷针之间不同的磨损机制,尤其是电弧侵蚀与机械磨损之间的转变。结果采用HOPG作为表面修饰材料显著减少了电弧侵蚀,使电刷针的失效机制从严重的电弧侵蚀转变为机械磨损,显著改善了电机运行中的磨损状况。HOPG表面表现出了优异的润滑性能,抑制了电刷针与换向器之间的电弧侵蚀现象。相比于传统材料,HOPG修饰的表面在长时间运行后表现出更低的磨损程度,同时保持了良好的电接触性能。结论基于HOPG的表面修饰技术,为解决有刷微电机中电弧侵蚀引发的磨损问题提供了新的解决方案。通过有效抑制电弧侵蚀,改善了电刷与换向器之间的磨损机制,使电刷针的失效模式从电弧侵蚀转变为机械磨损,具备提高有刷微电机工作寿命的潜力。

绕线分布对有刷直流电机电磁振动影响研究

针对某款4极10槽有刷直流电机,分析电枢绕组绕线分布对电磁力、振动的影响。采用解析法分析直流电机径向电磁力产生机理、阶次特征;采用有限元仿真分析不同绕线分布模型气隙磁场、径向电磁力的时间和空间阶次;结合振动测试、模态测试说明绕线分布差异产生的附加电磁力对振动影响的机理。结果表明,电枢绕线分布对电机电磁振动影响不容忽视,分析电机振动时需要考虑电枢绕线分布的影响。

转子动平衡去重技术对电机振动负面影响研究

为研究转子去重平衡工艺对电机振动的负面影响,以某款4极10槽有刷直流电机作为研究对象,对比去重平衡和加重平衡电机振动水平和齿槽转矩,发现采用去重平衡工艺电机的4阶切向振动、齿槽转矩显著变化。采用有限元方法分析去重工艺对电机齿槽转矩影响机理,不同去重切削量、切削位置对齿槽转矩的影响,提出均衡绕线分布的方式降低转子初始不平衡量,从而减小转子平衡校正去质量,进而减少对电机磁场、振动的负面影响。

基于故障树分析法的直流牵引电机碳刷故障诊断

故障树分析法是一种图形演绎方法,反映故障事件在一定条件下发生的逻辑规律。故障树分析法把系统的故障树与组成系统各部件的故障有机地联系在一起,可以找出系统全部可能的失效状态。故障树本身也是一种形象化的技术资料,在它建成以后,对系统的管理和运行人员也起到了直观教学和维修指南的作用。为了有效降低和谐机车发生故障的概率,确保和谐机车的运营质量,文章通过对直流牵引电机碳刷断辫故障建立故障树,分析总结了直流牵引电机碳刷发生断辫故障的主要原因,为确保直流牵引电机碳刷稳定运行提供了可靠依据。

一种电缆自动盘卷装置的应用研究

本文研究了一种电缆自动盘卷装置,通过支撑座、马达和手柄的结构设计,实现对电缆的自动收卷。该装置包括支撑座、马达和手柄,支撑座上部焊接两组支撑板,通过轴承转动安装第一辊轴和第二辊轴,第一辊轴和第二辊轴之间焊接收卷辊。马达通过联轴器与第一辊轴相连,驱动第一辊轴和收卷辊转动。手柄通过插接块和插接槽的设计,实现了手动收卷功能。此外,还设置了阻尼转轴和毛刷,用于保持电缆的清洁和稳定收卷。该装置结构简单、操作方便,能够提高电缆收卷的质量和效率。

直流无刷电机驱动的水下电缆绞车系统

水下电缆绞车多采用液压驱动,但液压驱动存在无效动力转换,能源使用率不高,因此直流无刷电机驱动的水下电缆绞车具有实际意义。采用直流无刷电机驱动,不仅提高了水下电缆绞车系统的能源利用率,而且改善了系统的调速性能。与直流有刷电机相比,直流无刷电机可实现充油均压密封,更有利于在水下工作。介绍了直流无刷电机驱动水下电缆绞车的组成、功能及工作原理,针对研制的专用水下直流无刷电机,重点论述了其充油密封原理和工艺,并设计了一种全新的低成本高性能驱动控制电路。该水下电缆绞车系统已初步调试完毕,试验表明各项性能良好,即将投入实际应用。它具有结构简单,工作可靠,成本低的优点,因此在实际工程应用中具有推广意义。

一种有刷直流电机驱动器的设计

基于混合集成电路工艺,采用三氧化二铝和氧化铍厚膜基片,设计了一种有刷直流电机驱动器,实现了有刷直流电机的控制。仿真结果表明,该驱动器的功率电压为54 V,稳态输出电流为10 A,峰值输出电流为20 A,通过脉冲宽度调制的方式实现电机调速。该驱动器具有体积小、输出功率大、可靠性高等特点,可被广泛应用于各类伺服系统。

有刷直流电机自适应滑模控制器设计与实验

为了提高有刷直流电机低速控制的精确性,设计了基于扰动补偿的有刷直流电机转速自适应滑模控制器。首先,针对转速模型中摩擦力在转速快速变化过程中体现的快变特性和在线估计困难的特点,采用Stribeck稳态摩擦力模型,通过离线辨识模型参数的方式计算摩擦力;其次,针对负载扭矩等扰动的慢变特性,设计了扰动观测器对其进行在线估计,并证明了估计误差的有限时间收敛性及有界性;最后,设计了自适应滑模控制器对扰动进行补偿和误差反馈校正,进而实现精确的转速跟踪控制,并在Lyapunov稳定性框架下证明了闭环系统的稳定性。该控制器的开关增益仅与扰动观测器估计误差的上界相关,避免了一般滑模控制方法采用高增益来提高控制精度的问题,从而能够大大减小系统输入抖振现象,有利于工程实现。所提方法的稳态误差分别为PI、传统滑模控制器稳态误差的46%、63%,响应时间在0.15s以内,远小于PI、传统滑模控制器的响应时间,通过正弦参考信号跟踪实验,验证了所提方法在瞬态工况下具有很好的控制效果。实验结果表明,所设计的控制器能有效抑制摩擦力及负载扰动对电机控制带来的影响,能显著改善电机控制的稳态和瞬态性能,并且该方法能大大减小控制输入的抖振问题。

机械相控阵列天线的电机控制系统设计

为实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位。利用数字信号处理芯片TMS320F2812设计了直流电机位置控制系统,介绍了控制系统的硬件设计方案、控制策略及软件设计方案。针对直流电机驱动的螺旋天线单元位置控制系统,研究了模糊PID控制算法,并把它应用到控制系统中。实验结果表明,所开发的位置控制系统结构简单,具有响应时间短、无位置超调、定位精度高等良好的控制性能,能够满足螺旋天线单元快速、准确的相位控制要求。

基于小波神经网络控制的无刷直流电机调速系统

该文提出了基于小波神经网络控制的无刷电机调速系统新方法,该方法使用三层前馈式人工神经网络,采用基于梯度下降纠正误差法在线训练更新网络参数,使用离散小波变换的时频特性和连续小波变换检测信号边沿的原理进行无刷电机运行状态和故障状态的检测,以便能实时保护。仿真结果表明该方法能大大改善调速系统的静态、动态性能,具有优良的控制效果,小波检测灵敏度高,对噪声有较高的鲁棒性,具有广阔的应用前景。

基于MagNet的深槽串励电动机设计

串励电动机进行了深槽设计,利用MagNet电磁场仿真软件分析了电刷偏移角度、激磁绕组匝数和电枢总导体数对该电机转速和电流的影响,根据仿真结果确定了样机的电刷偏移角度、激磁绕组匝数和电枢总导体数,样机测试结果显示该设计满足设计指标。

基于STM32的无刷直流电机控制器硬件电路设计及实验研究

以STM32F103C8T6为核心,设计了无刷直流电机控制器硬件电路。电路主要包括IR2310构成的PWM驱动电路、IRF3808构成的逆变电路、增量式旋转编码构成的速度反馈电路。控制器具有CAN和RS232通信接口,可与计算机或PLC构成速度或位置伺服系统。利用由xPC目标搭建的半实物仿真平台对PI参数进行整定。测试了控制器的速度伺服响应性能,给定速度为2 400 rpm时,控制器响应时间为0.32 s。实验结果表明,系统工作可靠,稳定性好,响应速度快,可以满足上肢康复机器人的机械臂速度控制性能要求。

有刷直流电机非线性控制系统设计

为了提高有刷直流电机调速的平稳性和快速性,在经典双闭环电机控制系统设计方案的基础上,针对转速环模型中存在非线性及负载扭矩不可测的特点,提出了基于扩张状态观测器的三步法非线性转速控制策略。首先,设计了三步法(TS)非线性速度控制器,该控制器由类稳态控制、参考动态前馈控制及积分误差反馈控制组成,具有工程意义明确、实现方便的优点。然后,设计了扩张状态观测器(ESO)对系统中负载扭矩等干扰进行在线估计并实时补偿,证明了观测器误差系统的有限时间收敛性及有界性;同时将观测器误差考虑成有界的扰动输入,在输入到状态稳定性理论框架下,证明了闭环误差系统的鲁棒性。针对电流响应较快、极易达到稳态的特点,设计了工程中常用的前馈加PI反馈结构的二自由度控制器,同时采用模拟电路实现该控制器,减小了电流环控制周期,从而抑制了电流波动。为了验证整个控制系统的有效性和工程可实现性,通过有刷直流电机阶跃及正弦转速跟踪实验,证明了本文所设计控制系统能够显著提高电机的瞬态性能和稳态性能。

变频控制的鱿鱼钓机电路设计

介绍了一种基于凌阳SPMC75F2313A片上系统变频控制直流无刷电动机的方法,阐明应用SPMC75F2313A的设计方案。并解释应用该技术产生PWM波形,以及利用IPM模块和霍尔器件实现对三相直流无刷电动机的驱动和调速。该方法具有控制灵活、精度高、产生可调PWM波形等优点,可应用于鱿鱼钓机的电路设计。实验结果表明,该方法有效可行。

直流电机换向有限元仿真模型的研究

电刷换向是直流电机的特有现象,换向将引起电弧火花、换向噪声、电磁干扰等诸多问题。由于换向过程非常复杂,目前的解析数学计算难以准确计算换向电流。该文采用一种由开关元件构成的电路模拟直流电机的换向过程,在有限元软件Ansoft Maxwell对直流电机进行仿真分析,从而获得传统解析计算难以计算的换向数据,提供了一种简单快捷的预测换向电流的方法。换向电流的解决,也给解决换向相关问题指出了一条捷径。

无刷直流电机助力式EPS控制器设计与试验

基于无刷直流电机(BLDCM)模型和汽车电动助力转向(EPS)动力学模型,构建了BLDCM控制仿真模型和EPS性能仿真模型;设计了以ARM7LPC2131为控制器内核和以MC33034P120为驱动模块的EPS控制器硬件;分析了EPS的助力、回正和阻尼控制对控制器硬件的要求,给出了EPS控制软件的主程序和A/D、速度信号采集与中断服务子程序流程;最后将BLDCM助力式EPS及其控制系统装车进行原地转向试验和蛇形试验,试验结果表明,所设计的EPS控制器与整车匹配良好,性能稳定。

半桥调制下无刷直流电机回馈制动的研究

深入分析研究了三相全桥逆变电路控制的无刷直流电机(BLDCM)在半桥调制方式下由电动状态转入回馈制动的过程,并对BLDCM的电动与回馈制动控制系统做了仿真和实验。实验结果表明,采用三相全桥逆变电路控制的BLDCM在半桥调制方式下可以很好地实现从电动状态到回馈制动状态的过渡。该控制方法硬件电路简单、控制简便,具有一定的推广和应用价值。

有刷直流电机振动转矩测试及其抑制方法

对有刷直流电机的振动转矩进行了实际的测试，并从换向过程和气隙磁场分布情况进行推导，表明有刷直流电机振动转矩的客观存在。并在此基础上，提出了一种抑制振动转矩的方法。通过调节换向片的空间相对位置，使得转子在换向过程中产生的振动转矩分量错开一定的电角度，相互叠加后可有效地减小电磁转矩中的振动分量，最后通过实验证明了该方法的有效性。

基于FPGA的多轴直流电机控制系统

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位,研究了一种基于单片FPGA的多轴直流电机控制系统。采用IP设计思想,直流电机的位置控制用纯硬件逻辑电路的形式(直流电机控制IP核)实现,总线通信及轨迹计算由同一芯片上的微处理器(Nios II软核)软件实现,从而容易构建多轴直流电机控制的片上系统。利用Verilog硬件描述语言,设计了一种高性能直流电机控制IP核,并进行了仿真验证。为了验证该IP核的复用性,构建了一个56轴直流电机控制的片上系统。实验结果表明,此系统可对各个直流电机实现快速精确控制,每轴的运动相互独立,并且控制参数在线可编程,控制一致性满足系统设计要求。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较好的适用性,已在某相控阵列天线中得到了应用。

有刷直流电机振动转矩的解析与实验研究

为了验证和剖析有刷直流电机振动转矩存在的客观性,采用角加速度测速发电机进行了振动转矩的检测,实验表明,有刷直流电机负载运行时存在明显的振动转矩。从元件的换向过程和气隙磁场的分布进行了分析和仿真,表明这两者是产生振动转矩的主要原因。