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篇1

在變頻電機調(diào)速控制系統(tǒng)中，采用電力電子變壓變頻器作為供電電源，供電系統(tǒng)中電壓除基波外不可避免含有高次諧波分量，對外表現(xiàn)為非正弦性，諧波對電機的影響主要體現(xiàn)在磁路中的諧波磁勢和電路中的諧波電流上，不同振幅和頻率的電流和磁通諧波將引起電動機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗。這些損耗都會使電動機效率和功率因數(shù)降低。同時，這些損耗絕大部分轉(zhuǎn)變成熱能，引起電機附加發(fā)熱，導致變頻電機溫升的增加。如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%～20%。同時這些諧波磁動勢與轉(zhuǎn)子諧波電流合成又產(chǎn)生恒定的諧波電磁轉(zhuǎn)矩和振動的諧波電磁轉(zhuǎn)矩，恒定諧波電磁轉(zhuǎn)矩的影響可以忽略，振動諧波電磁轉(zhuǎn)矩會使電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動，從而造成電機轉(zhuǎn)速(主要是低速時)的振蕩，甚至引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。諧波電流還增加了電機峰值電流，在一定的換流能力下，諧波電流降低了逆變器的負載能力。對于變頻電機，如何在設計過程中采取合理措施避免或減小應用變頻器所帶來的影響，以求得系統(tǒng)最佳經(jīng)濟技術效果，是本文討論的重點。

二、變頻電機設計特點

對于變頻電機，其設計必須與逆變器、機械傳動裝置相匹配共同滿足傳動系統(tǒng)的機械特性，如何從調(diào)速系統(tǒng)的總體性能指標出發(fā)，求得電機與逆變器的最佳配合，是變頻電機設計的特點。設計理論依據(jù)交流電機設計理論，供電電源的非正弦以及全調(diào)速頻域內(nèi)達到滿意的綜合品質(zhì)因數(shù)是變頻電機設計中需要著重注意的兩個問題，設計中參數(shù)的選取應做特別的考慮。與傳統(tǒng)異步電機相比，一般變頻電機設計有如下一些特點：

1.用于變頻調(diào)速的異步電動機要求其工作頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，所以設計電機時不能僅僅考慮某單一頻率下的運行特性，而要求電機在較寬的頻率范圍內(nèi)工作時均有較好的運行性能。如目前大多調(diào)速異步電動機的工作頻率在5Hz~100Hz內(nèi)可調(diào)，設計時要全面考慮。

2.變頻電機在低速時降低供電頻率，可以把最大轉(zhuǎn)矩調(diào)到起動點，獲得很好的起動特性，因而在設計變頻電機時不需要對起動性能作特別的考慮，轉(zhuǎn)子槽不必設計為深槽，從而可以重點進行其它方面的優(yōu)化設計。

3.變頻電機通過調(diào)節(jié)電壓和頻率，在每一個運行點都可以有多種運行方式，對應多種不同的轉(zhuǎn)差頻率，因而總能找到最佳的轉(zhuǎn)差頻率，使電機的效率或功率因數(shù)在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)都很高。因而，變頻電機的功率因數(shù)和效率可以設計得更高，功率密度得以進一步提高?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：在額定工作點，逆變器供電下的異步電機效率比普通電機高2%~3%，功率因數(shù)高10%~20%。

4.變頻電機采用變頻裝置供電，輸入電流中含有較多的高次諧波，產(chǎn)生電機局部放電和空間電荷，增大了介質(zhì)損耗發(fā)熱和電磁振動力，加速了絕緣材料的老化，所以應加強電機絕緣和提高整體機械強度，變頻電機的絕緣強度一般要達到F級以上。

5.變頻供電時產(chǎn)生的軸電壓和軸電流會使電機軸承失效，縮短軸承使用壽命，必須在設計上要加以考慮。對較小的軸電流，可以適當增大電機氣隙和選用專用脂；另外，增加軸承的電氣絕緣或者將電機軸通過電刷接地，可以有效解決軸承損壞問題；對過高軸電壓，應設法隔斷軸電流的回路，如采用陶瓷滾子軸承或?qū)崿F(xiàn)軸承室絕緣。同時，在逆變器輸出端增加濾波環(huán)節(jié)，降低脈沖電壓dU/dt也是一種有效的方法。

三、電磁設計

在普通異步電動機設計基礎之上，為進一步提高變頻調(diào)速電機的性能，對變頻調(diào)速異步電動機的設計參數(shù)也要進行更加細致的考慮。滿足高性能要求時的變頻電機設計參數(shù)的變化與設計目標之間的關系。在設計參數(shù)和性能要求之間還必須折衷選擇。電磁設計時不能僅限于計算某一個工作狀態(tài)，電磁參數(shù)的選取應使每個頻率點的轉(zhuǎn)矩參數(shù)滿足額定參數(shù)要求，最大發(fā)熱因數(shù)滿足溫升限值，最高磁參數(shù)滿足材料性能要求，最高頻率點滿足轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求，額定點效率、功率因數(shù)滿足額定要求。由于諧波磁勢是由諧波電流產(chǎn)生的，為減小變頻器輸出諧波對異步電動機工作的影響，總之是限制諧波電流在一定范圍內(nèi)。

四、絕緣設計

電機運行于逆變電源供電環(huán)境，其絕緣系統(tǒng)比正弦電壓和電流供電時承受更高的介電強度。與正弦電壓相比，變頻電機繞組線圈上的電應力有兩個不同點：一是電壓在線圈上分布不均勻，在電機定子繞組的首端幾匝上承擔了約80%過電壓幅值，繞組首匝處承受的匝間電壓超過平均匝間電壓10倍以上。這是變頻電機通常發(fā)生繞組局部絕緣擊穿，特別是繞組首匝附近的匝間絕緣擊穿的原因。二是電壓(形狀、極性、電壓幅值)在匝間絕緣上的性質(zhì)有很大的差異，因此產(chǎn)生了過早的老化或破壞。變頻電機絕緣損壞是局部放電、介質(zhì)損耗發(fā)熱、空間電荷感應、電磁激振和機械振動等多種因素共同作用的結(jié)果。變頻電機從絕緣方面看應具有以下幾個特點：(1)良好的耐沖擊電壓性能；(2)良好的耐局部放電性能；(3)良好的耐熱、

耐老化性能。

五、結(jié)構(gòu)設計

在結(jié)構(gòu)設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般應注意以下問題：

1.普通電機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲變得更加復雜。在設計時要充分考慮電動機構(gòu)件及整體的剛度，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

2.電機冷卻方式：變頻電機一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅(qū)動，使其在低速時保持足夠的散熱風量。

3.對恒功率變頻電機，當轉(zhuǎn)速超過3000r/min時，應采用耐高溫的特殊脂，以補償軸承的溫度升高。

4.變頻電機承受較大的沖擊和脈振，電機在組裝后軸承要留有一定軸向竄動量和徑向間隙，即選用較大游隙的軸承。

5.對于最大轉(zhuǎn)速較高的變頻電機，可在端環(huán)外側(cè)增加非磁性護環(huán)，以增加強度和剛度。

6.為配合變頻調(diào)速系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制和提高控制精度，在電機內(nèi)部應考慮裝設非接觸式轉(zhuǎn)速檢測器，一般選用增量型光電編碼器。

7.調(diào)速系統(tǒng)對傳動裝置加速度有較高要求時，電機的轉(zhuǎn)動慣量應較小，應設計成長徑比較大的結(jié)構(gòu)。

六、結(jié)論

與普通異步電動機不同，變頻調(diào)速異步電動機采用變頻器供電，其運行性能與電機本體和調(diào)速系統(tǒng)的設計都密切相關。這一方面使變頻調(diào)速電機的設計要同時兼顧電機本體和調(diào)速系統(tǒng)；另一方面也使得變頻調(diào)速異步電動機的設計變得靈活，但同時也增加了高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)設計的復雜程度。只有結(jié)合變頻器和一定的控制策略，從整體上進行電機的設計和優(yōu)化，才能獲得最理想的運行性能。

參考文獻：

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[3]沈本蔭.牽引電機.成都：西南交通大學出版社，1990.

[4]孟朔.適用于變頻調(diào)速系統(tǒng)的異步電機設計與分析方法的研究[D].清華大學，2000.

篇2

關鍵詞：輸配電系統(tǒng)規(guī)劃；遺傳算法；最短路算法；啟發(fā)式方法

1、引言

從物理或數(shù)學意義的角度講，不同電壓等級網(wǎng)絡的綜合規(guī)劃對獲得全局最優(yōu)解，得到總體上最大的經(jīng)濟效益是必要的。然而，輸配電系統(tǒng)的同時綜合規(guī)劃長期以來并不被人們所重視，在實踐中，人們普遍采用將各電壓等級系統(tǒng)分層規(guī)劃的策略。造成這種狀況的原因主要是：

①輸配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不同，進而導致優(yōu)化算法不同；

②各電壓等級綜合規(guī)劃導致問題規(guī)模激增。另外，各級電網(wǎng)的分層管轄也是造成分層規(guī)劃的一個實際原因。

本文對多電壓等級、不同網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的輸配電系統(tǒng)綜合規(guī)劃問題進行了研究，提出了基于知識的最短路遺傳算法的解決方法[1].文獻[1]利用最短路遺傳算法求解了配電系統(tǒng)重構(gòu)問題。實際上，網(wǎng)絡規(guī)劃問題與網(wǎng)絡重構(gòu)問題可被看成一類問題，只不過是弧費用的計算方法不同而已，即規(guī)劃問題的弧費用需要用分段函數(shù)來表示，從而考慮固定投資和不同的線型。

2、不同電壓等級的開環(huán)系統(tǒng)綜合規(guī)劃

在電力系統(tǒng)中，為了避免電磁環(huán)網(wǎng)，高中壓配電網(wǎng)必定是開環(huán)運行的。這時就能利用能生成樹狀網(wǎng)絡的最短路遺傳算法來求解不同電壓等級的開環(huán)系統(tǒng)綜合規(guī)劃問題。對于規(guī)劃問題中根據(jù)安全性和可靠性的要求需要閉環(huán)設計的系統(tǒng)，可以先應用本文的方法得到樹狀網(wǎng)絡，然后采用文獻[2]的方法進行專門的聯(lián)絡線優(yōu)化，以構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。最短路遺傳算法是在同一個電壓等級中實現(xiàn)的[1]，這樣才能直接將負荷潮流迭加到各弧的流量上。對于多電壓等級系統(tǒng)，只需仿照標幺值計算的原理將各電壓等級的電氣量折算到某一選定的電壓等級上，就可以采用最短路遺傳算法進行網(wǎng)絡的全局優(yōu)化。

3、開環(huán)與非開環(huán)混合輸配電系統(tǒng)綜合規(guī)劃

如果需要進一步將開環(huán)與非開環(huán)系統(tǒng)綜合規(guī)劃，或配電系統(tǒng)允許弱環(huán)運行，最短路遺傳算法就不能直接應用了。

但是，經(jīng)過下述2個改變以后，最短路遺傳算法即可近似地求解上述問題了。

3.1節(jié)點入度限制

首先，應允許在不需要放射運行的節(jié)點構(gòu)成環(huán)。這可通過檢測和限制節(jié)點入度數(shù)的方法來實現(xiàn)。最短路遺傳算法中，在形成尋路網(wǎng)絡Gm時，當某個中間節(jié)點k的入弧數(shù)Nin-x-m=1時，則其余指向該節(jié)點的有向?。ǔ绷鞅貫?）均舍棄，這保證了最終形成的網(wǎng)絡為放射狀?，F(xiàn)在，對每一節(jié)點規(guī)定最大入弧數(shù)，即最大入度Nin_k_MAX，若節(jié)點k屬于放射狀運行系統(tǒng)，則令其為1，否則令其為該節(jié)點最大允許的進線數(shù)。Nin_k_m記錄節(jié)點k入弧數(shù)的變化情況，其初始值為0，并有機會逐漸增加。當時，其余指向該節(jié)點的有向?。ǔ绷鳛?）均舍棄。即實現(xiàn)了不同運行方式系統(tǒng)對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的要求。經(jīng)過以上改進的最短路遺傳算法就可以解決開環(huán)與非開環(huán)系統(tǒng)綜合規(guī)劃在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)方面的要求。雖然，從原理上說它得到的只是較優(yōu)解。

但可證明當各負荷大小趨近于0時，這種方法得到的解就會與全局最優(yōu)解一致。當負荷越大時，其解越可能偏離最優(yōu)解，因為此時該負荷有很大可能是由多個實際電源點供電。由于負荷通常在較低電壓等級，而允許成環(huán)網(wǎng)運行的網(wǎng)絡是在很高的電壓等級，且低壓負荷的容量比高壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中元件的容量要小得多，所以，可近似地認為負荷點是由一個（實際）電源點供電，因此用最短路遺傳算法獲得的解將接近于實際最優(yōu)解。

3.2有功潮流

由于網(wǎng)孔的出現(xiàn)，使得以負荷復電流（或功率）直接迭加構(gòu)成線路中潮流的方法失去了合理性。因為只有一個虛擬源點，對于同時由2條以上供電路徑供電的節(jié)點來說，可能會導致矛盾的節(jié)點電壓。為了避免這種情況，此時可只考慮有功功率的優(yōu)化。實際上對于允許環(huán)網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃問題，現(xiàn)有的方法[3]也全是只考慮有功優(yōu)化，而無功配置和電壓控制由專門的無功優(yōu)化來完成。這是因為：一方面，無功設備的投資一般要比線路、變壓器和有功電源的投資小得多；另一方面，無功潮流在一定程度上可獨立于有功潮流的控制。

4、基于知識的高效最短路算法

盡管最短路遺傳算法不會有維數(shù)災問題。

但是基本的Dijkstra最短路算法的計算時間復雜性是O（N2），其中N是規(guī)劃問題的網(wǎng)絡流模型的節(jié)點數(shù)，因此，基于最短路算法的局部優(yōu)化算法的計算時間復雜性是O（N3）（認為負荷數(shù)與節(jié)點數(shù)成一定比例）；若遺傳算法的種群個體數(shù)和最大代數(shù)取固定值，則最短路遺傳算法的計算時間復雜性是O（N3）?？梢婋S問題規(guī)模的增大，最短路遺傳算法的計算時間也將很長。實際上，直接在輸配電系統(tǒng)規(guī)模非常龐大的網(wǎng)絡上利用常規(guī)的最短路算法為某一個負荷點尋找供電路徑是很不必要的。對于一個負荷點來說，整個系統(tǒng)中可能為其供電的元件只是很小的一部分。如果能根據(jù)輸配電系統(tǒng)的實際信息把這一小部分元件提取出來后再應用最短路算法，則最短路算法的尋路時間將大大縮短。而由前面的分析可知，最短路算法的計算時間復雜性決定了整個算法的計算時間復雜性。我們稱這個被提取出來供尋找負荷m的最經(jīng)濟供電路徑的網(wǎng)絡為尋路網(wǎng)絡Gm.用以提取尋路網(wǎng)絡的方法應具備以下特點：

①易于計算機實現(xiàn)。

②在保證不丟失最優(yōu)解的基礎上，盡可能縮小尋路網(wǎng)絡。下面，以一個實例來說明如何實現(xiàn)基于輸配電系統(tǒng)知識的最短路算法。

若現(xiàn)有10kV，66kV，220kV，3個電壓等級系統(tǒng)，要尋找負荷m的最優(yōu)供電路徑，則可按以下步驟提取尋路網(wǎng)絡Gm.

（1）將輸配電系統(tǒng)按電壓等級分層，負荷點通常在最底層10kV層，虛擬電源點在最高電壓等級層220kV層。

（2）定義元件Aij到負荷點m的距離為式中為元件Aij的起點坐標；XB-ij、yE-ij為元件Aij的終點坐標；Xm、Ym為負荷點m的坐標；Kij-m為元件Aij到負荷點m的距離調(diào)節(jié)系數(shù)，通常取1，可用于考慮一些特殊供電情況。按最大供電半徑Rm選擇出可能給負荷點m供電的10kV區(qū)域：若10kV元件（線路、變壓器或變電站）與負荷點m的距離大于Rm，則認為其不可能為m供電，因此不加入尋路網(wǎng)絡。反之，則將相應的元件加入負荷點m的尋路網(wǎng)絡。

（3）通常希望盡可能通過具有主干線型或可靠性高的主干網(wǎng)絡傳送電能，并且減少電能在主干線型和次要線型間的轉(zhuǎn)換。因此，規(guī)定最大精細尋路半徑rm.在此半徑之外，凡是具有非主干線型或位于次要分支線路或非主干路由（對于規(guī)劃問題由于許多路由上線型未確定，因此這里用“非主干路由”一詞）上的元件都不加入尋路網(wǎng)絡，而在此半徑之內(nèi)的元件全加入尋路網(wǎng)絡。

（4）經(jīng)上述步驟形成的10kV系統(tǒng)范圍內(nèi)的尋路網(wǎng)絡Gm_10包含有若干66kV/10kV變電站，它們對于10kV負荷點m來說是可能的供電點，而對于66kV系統(tǒng)來說是可能的負荷點。對這些變電站的每一個均采用與步驟（2）、（3）類似的方法，可得到其在66kV系統(tǒng)范圍內(nèi)的尋路網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡的并集構(gòu)成負荷m在66kV系統(tǒng)范圍內(nèi)的尋路網(wǎng)絡Gm_66.

（5）同理，Gm_66中所包含的220kV/66kV變電站也可看成220kV系統(tǒng)的負荷點。采用與步驟（4）同樣的方法可獲得負荷點m在220kV系統(tǒng)范圍內(nèi)的尋路網(wǎng)絡Gm_220.當然，Gm_66中也可能包含發(fā)電廠，此時，可認為其是通過一條無損耗、無費用的虛擬弧，由設于220kV系統(tǒng)的虛擬源點供電。

（6）獲得負荷點m在整個輸配電系統(tǒng)的尋路網(wǎng)絡為顯然，經(jīng)過以上步驟處理后，得到的負荷點m的尋路網(wǎng)絡Gm要比初始的整個網(wǎng)絡要小得多，因此最短路算法的計算量也將大大縮小。

5、結(jié)論

本文對多電壓等級、不同網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的輸配電系統(tǒng)的綜合規(guī)劃問題進行了研究。在解決了電壓等級折算問題后，給出了基于最短路遺傳算法的純開環(huán)輸配電系統(tǒng)綜合規(guī)劃的方法。以此為基礎，通過控制節(jié)點出入度，并且只針對有功潮流進行優(yōu)化，又提出了開環(huán)與非開環(huán)混合的輸配電系統(tǒng)綜合規(guī)劃問題的近似解決方法。為了解決輸配電系統(tǒng)規(guī)模大而造成的計算量問題，給出了基于輸配電系統(tǒng)知識的最短路算法的實現(xiàn)方法。

參考文獻

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篇3

關鍵詞：抽油機低壓配電系統(tǒng)無功補償

1前言

中原油田油區(qū)配電系統(tǒng)是采用35kV直配供電方式，配電變壓器(35/0.4kV)和低壓配電裝置設在計量站，再由計量站經(jīng)低壓電纜輻射配電至抽油機電動機(額定電壓為交流380V、額定容量45～55kW，油區(qū)主要用電負荷為抽油機電機)。低壓配電系統(tǒng)一般采用在計量站變壓器低壓側(cè)進行集中自動無功補償。根據(jù)多年的運行情況，我們認為這種無功補償方式、補償裝置的安裝位置不能滿足實際補償?shù)男枰?，致使油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)長期偏低(約0.5左右)，低壓配電線路損耗過大，系統(tǒng)的整體經(jīng)濟效益下降。因此，經(jīng)過我們對油區(qū)抽油機負荷特點的分析研究，提出了在油區(qū)抽油機電機旁進行無功就地補償，即直接把補償裝置并接在抽油機電機的接線端。通過應用效果較好，目前我局油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)顯著提高，線路損耗大幅度降低，取得了較好的經(jīng)濟效益。

2抽油機負荷的特點

在油田的后期原油生產(chǎn)中，機械采油是生產(chǎn)原油的主要手段，同時機械采油的電力消耗也是主要的能耗之一。就中原油田而言，油區(qū)抽油機負荷約占生產(chǎn)用電負荷的80%以上。而這類負荷是一種依抽油機的沖程為周期性連續(xù)變化的負荷。電動機功率的匹配通常是根據(jù)負載電流或扭矩變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算的。但在實際運行中，因藏油情況的變化、泵掛深度的改變、地面調(diào)參情況的優(yōu)劣及自然氣候等因素的影響，抽油機電機的運行與負載的變化又很難處于最佳配置中，所以使得抽油機電機實際運行中負載率低下，又因單井電動機的無功補償不到位，致使整個油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低，力能指標(η×cosφ)也就低下。因此機采系統(tǒng)單井用電的功率因數(shù)的高低，是決定整個油區(qū)低壓配電系統(tǒng)功率因數(shù)高低的關鍵因素，要想提高油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，必須提高單井用電的功率因數(shù)，這對提高電能的利用率，獲得可觀的經(jīng)濟效益具有重大的現(xiàn)實意義。

3無功補償方式存在的問題

我局油區(qū)在計量站采用自動分級無功補償裝置進行集中無功補償，補償容量按照變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)，用交流接觸器投切進行調(diào)節(jié)，其存在的問題如下：

(1)現(xiàn)場測試情況：

測試表明：抽油機電動機在運行過程中，需要電力系統(tǒng)提供的有功功率、無功功率及功率因數(shù)都在不斷的變化，而功率因數(shù)的變化不能正確反映系統(tǒng)對無功功率的需要，且其在某一狀態(tài)下持續(xù)的時間極短，造成補償設備(交流接觸器用于無功補償投切開關)投切跟不上功率因數(shù)的變化，所以補償效果極不理想。因此按功率因數(shù)調(diào)節(jié)無功補償容量，達不到預期的補償目的。

(2)補償裝置安裝地點不妥：

在計量站安裝的集中補償裝置，也僅能對變壓器及以上的線路、設備進行無功補償，而不能對抽油機電機供電線路進行補償，從而不能最大限度地減少系統(tǒng)的無功輸送量，無法使得整個線路和變壓器的有功損耗減少到最低限度。

4技術改造措施

(1)無功補償方式的確定：

根據(jù)以上分析和實際測試，抽油機電機在運行過程中需要從電網(wǎng)中吸取一定的無功功率，因此最簡單的補償方式就是在抽油機電機處加一適當容量的電力電容器進行補償。由于無功功率在一定的范圍內(nèi)波動，如果采用自動補償裝置，將會得到更好的補償效果，但其造價將是固定補償裝置的5～10倍。因此根據(jù)我們采用固定補償后所取得的效果，沒有必要采用自動補償裝置。

(2)無功補償裝置及容量的確定：

按照《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定，接在電動機控制設備側(cè)電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的0.9倍；其饋線和過電流保護裝置的整定值，應按電動機-電容器組的電流確定。按照上述規(guī)定，抽油機電機采用就地固定補償時，補償容量宜按電動機的實測最小無功的90%左右確定。

結(jié)合我們中原油田的實際情況，我們研制開發(fā)了一種無功就地固定補償裝置。該裝置為箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝電容器及自動空氣開關等。其額定電壓為交流400V、額定頻率50Hz，裝置有較強的抗過壓能力，允許在1.2Ue下長期運行，具有防爆、拒燃、無污染、防盜、防振、防陽光輻射功能，投切方式為手動，即與電動機的投切同步，極適合于油田野外運行環(huán)境條件。主設備電容器為干式銀鋅鍍膜邊油加厚，有較強擊穿自愈能力。電容器的保護是采用元件熔絲保護。抽油機電機的額定容量一般在45～55kW，因此共設計了三種型式的補償裝置，以滿足實際需要。每種型式的補償裝置通過調(diào)節(jié)電容器輸出端子的接線，都可輸出三種不同的容量，其中型式一為15±3kvar、型式二為19±3kvar、型式三為27±3kvar。

篇4

關鍵詞：DSPFPGA3／3相雙繞組感應發(fā)電機

1系統(tǒng)簡介

3／3相雙繞組感應發(fā)電機帶有兩個繞組：勵磁補償繞組和功率繞組，如圖1所示。勵磁補償繞組上接一個電力電子變換裝置，用來提供感應發(fā)電機需要的無功功率，使功率繞組上輸出一個穩(wěn)定的直流電壓。

圖1中各參數(shù)的含義如下：

isa,isb,isc——補償繞組中的勵磁電流；

usa,usb,usc——補償繞組相電壓；

ipa,ipb,ipc——功率繞組電流；

upa,upb,upc——功率繞組相電壓；

udc——二極管整流橋直流側(cè)輸出電壓；

uc——變流器直流側(cè)電容電壓。

電力電子變換裝置由功率器件及其驅(qū)動電路和控制電路兩部分組成。功率器件選用三菱公司的智能功率模塊（IPM）PM75CSA120（75A／1200V），驅(qū)動電路使用光耦HCPL4502?？刂齐娐酚蒁SP＋FPGA構(gòu)成。

圖2控制電路的接口電路

2EPM7128與TMS320C32同外設之間的接口電路

圖2所示為控制電路的接口電路?？刂齐娐肥褂玫腄SP是TMS320C32，它是TI公司生產(chǎn)的第三代高性能的CMOS32位數(shù)字信號處理器，其憑借強大的指令系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)處理能力及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為理想的工業(yè)控制用DSP器件。其主要特點是：單周期指令執(zhí)行時間為50ns，具有每秒可執(zhí)行2200萬條指令、進行4000萬次浮點運算的能力；提供了一個增強的外部存儲器配置接口，具備更加靈活的存儲器管理與數(shù)據(jù)處理方式?？刂齐娐肥褂玫腇PGA器件為ALTERA公司的EPM7128，它屬于高密度、高性能的CMOSEPLD器件，與ALTERA公司的MAXPLUSII開發(fā)系統(tǒng)軟件配合，可以100％地模仿高密度的集成有各種邏輯函數(shù)和多種可編程邏輯的TTL器件。采用類似器件作為DSP的專用集成電路ASIC更為經(jīng)濟靈活，可以進一步降低控制系統(tǒng)的成本。

電壓檢測使用三相變壓器，電流檢測使用HL電流傳感器。電平轉(zhuǎn)換電路用來將檢測到的信號轉(zhuǎn)換為0～5V的電平。A／D轉(zhuǎn)換器選用ADS7862。保護電路使用電壓比較器311得到過壓／過流故障信號。

DSP完成以下四項工作：數(shù)據(jù)的采集和處理、控制算法的完成、PWM脈沖值的計算和保護中斷的處理。

FPGA完成以下三項工作：管理DSP和各種外部設備的接口；脈沖的輸出和死區(qū)的產(chǎn)生；保護信號的處理。

圖3FPGA與A/D轉(zhuǎn)換器和DSP之間的接口

3使用FPGA實現(xiàn)DSP和ADS7862之間的高速接口

ADS7862是TI公司專為電機和電力系統(tǒng)控制而設計的A／D轉(zhuǎn)換器。它的主要特點是：4個全差分輸入接口，可分成兩組，兩個通道可同時轉(zhuǎn)換；12bits并行輸出；每通道的轉(zhuǎn)換速率為500kHz?？刂品椒椋河葾0線的值決定哪兩個通道轉(zhuǎn)換；由Convst線上的脈寬大于250ns的低電平脈沖啟動轉(zhuǎn)換；由CS和RD線的低電平控制數(shù)據(jù)的讀出，連續(xù)兩次讀信號可以得到兩個通道的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)中使用了兩片ADS7862，它們的控制線使用同樣的接口，數(shù)據(jù)線則分別和DSP的高／低16位數(shù)據(jù)線中的低12位相連接。這樣DSP可以同時控制兩片A／D轉(zhuǎn)換器：4通道同時轉(zhuǎn)換；每次讀操作可以得到兩路數(shù)據(jù)。

如圖3所示，將A／D轉(zhuǎn)換器的控制信號映射為DSP的三個外部端口：A0、ADCS（和ADRD使用一個端口）和CONVST。在FPGA中使用邏輯譯碼器對端口譯碼。利用AHDL語言編寫的譯碼程序如下：

TABLE

A[23．．12],IS,RW＝＞A0,ADCS,CONVST,PWM1,PWM2,PWM3,PWM,PRO,CLEAR;

H″810″,0,0＝＞0,1,1,1,1,1,1,1,1;

H″811″,0,1＝＞1,0,1,1,1,1,1,1,1;

H″812″,0,0＝＞1,1,0,1,1,1,1,1,1;

H″813″,0,1＝＞1,1,1,0,1,1,1,1,1;

H″814″,0,0＝＞1,1,1,1,0,1,1,1,1;

H″815″,0,0＝＞1,1,1,1,1,0,1,1,1;

H″816″,0,0＝＞1,1,1,1,1,1,0,1,1;

H″817″,0,1＝＞1,1,1,1,1,1,1,0,1;

H″817″,0,0＝＞1,1,1,1,1,1,1,1,0;

ENDTABLE

其中，0表示低電平，1表示高電平。RW＝1表示讀，RW＝0表示寫。

DSP對這三個端口進行操作就可以控制A／D轉(zhuǎn)換器：寫CONVST端口可以啟動A／D轉(zhuǎn)換器；讀ADCS端口可以從A／D轉(zhuǎn)換器中讀到數(shù)據(jù)；寫數(shù)據(jù)到A0端口可以設置不同的通道。

使用上述方法可以實現(xiàn)DSP和A／D轉(zhuǎn)換器之間的無縫快速連接。

4使用FPGA實現(xiàn)PWM脈沖的產(chǎn)生和死區(qū)的注入

FPGA除了管理DSP和外設的接口外，還完成PWM脈沖的產(chǎn)生和死區(qū)的注入。將PWM芯片和死區(qū)發(fā)生器集成在FPGA中，就可以使DSP專注于復雜算法的實現(xiàn)，而將PWM處理交給FPGA系統(tǒng)，使系統(tǒng)運行于準并行處理狀態(tài)。

5使用FPGA實現(xiàn)系統(tǒng)保護

為了保護發(fā)電機和IGBT功率器件，勵磁控制系統(tǒng)提供了多種保護功能：變流器直流側(cè)過壓保護；變流器交流電流過流保護；變流器過溫保護；發(fā)電機輸出過壓保護；IPM錯誤保護。

圖5穩(wěn)態(tài)時勵磁繞組電壓電流及系統(tǒng)直流電壓波形

篇5

對于風電機組控制系統(tǒng)而言，主要有以下構(gòu)成部分：上位機監(jiān)視系統(tǒng)、并網(wǎng)控制器、功率控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集接口、PLC系統(tǒng)。其中，PLC是風電機組控制系統(tǒng)的關鍵部分，PLC和風電機組的相關部分都有著十分緊密的關系，進而能夠確保風電機組的安全及其效率。對于風電機組而言，大部分都是在環(huán)境比較惡劣的前提下運行的，所以要求分風電機組控制系統(tǒng)具備一定的可靠性以及抗干擾能力。在風電機組運行過程中，要準確的對參數(shù)進行測量以及合理的對策略進行控制，進而能夠準確的判斷出故障的所在地以及能夠及時對故障進行處理。因為在風電機組控制中具備比較多的順序控制，而且在控制的過程中要對參數(shù)中一定量的開關量信號進行合理的處理，為此，合理的對風電機組的控制特征以及要求進行分析，從而能夠選擇能夠滿足風電機組控制系統(tǒng)要求的PLC控制。

2合理設計軟件

因為要進行遠程監(jiān)控和無人值守，所以要自動對風機進行控制，其中，控制的主要對象有：對運行狀態(tài)進行監(jiān)測，在運行風機的時候，反饋信號、機組狀態(tài)參數(shù)、風力參數(shù)、監(jiān)測電力參數(shù)等，從而確保機組能夠穩(wěn)定的運行；在風機自動運行的時候，要根據(jù)運行的相關步驟采取風機全自動開車，進而能夠確保開車能夠穩(wěn)定進行；對槳距進行控制，從而確保機組能夠穩(wěn)定、安全運行；對偏航進行控制，從而確保風機正對著風向而得到最多的風能。當出現(xiàn)風速要比啟動風速要低、并網(wǎng)故障、剎車故障等情況的時候，要立刻對風機進行停機操作。

2.1控制的相關策略

當啟動風機的時候，風輪的槳葉是不動的，其槳距的角度應為90°，因為在這個過程中氣流不會對槳葉產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以槳葉實質(zhì)上就是阻尼板。當風速與啟動風速一致的時候，槳葉會向0°轉(zhuǎn)動，從而通過氣流對槳葉所產(chǎn)生的功角，促使風輪的轉(zhuǎn)動。當發(fā)電機并入到電網(wǎng)之前，發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號將會控制槳距系統(tǒng)中的槳距角的給定值。同時，轉(zhuǎn)速控制器會根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的快慢，合理的對槳距角設定值進行改變，而變槳距系統(tǒng)則會按照給出的槳距角的參考值，有效的對速度進行控制并對槳距角進行調(diào)整。當風速大于等于額定風速的時候，風電機組將會處于額定功率狀態(tài)。同時，轉(zhuǎn)速控制也會變成功率控制，而且變槳距系統(tǒng)將會控制發(fā)電機的功率所發(fā)出的信號。額定功率即是控制信號給定值恒定。給定值與功率反饋信號進行對比時，如果功率超過額定功率，槳葉槳距就會轉(zhuǎn)向迎風面積正在變少的方向；如果功率沒有超過額定功率，槳葉槳距就會轉(zhuǎn)向迎風面積正在增加的方向。

2.2合理控制風機啟動

當風機啟動的時候，要采用風速儀對風速進行測量，并對風速的大小進行判斷，當風速大于啟動風速的時候，要啟動風機；當風速小于啟動風速的時候，要繼續(xù)對風速進行測量。在啟動風機的時候，要有效的控制偏航，從而能夠有效的將槳距角調(diào)到零度以及確保風機能夠正面迎風。在對風機的轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測的時候，當風機的轉(zhuǎn)速到達切入轉(zhuǎn)速的時候，就能夠?qū)嵭胁⒕W(wǎng)發(fā)電。

2.3合理控制偏航

合理控制偏航的目的在于確保風機能夠在迎面對著風向的時候，能夠得到最大化的風能，在實際應用當中，如果偏航角和風向角的差額不超過15°的時候，就可以認定風機是迎面對著風向的。對控制算法進行設計的時候，要遵循快捷進行控制的原則進行設計，從而能夠更好的避免在執(zhí)行時所出現(xiàn)的繁瑣動作。如果電纜纏繞了多達兩圈，要立刻采取解纜控制，從而確保風電機組能夠安全的運行。同時，在進行解纜的時候風電機組要采用正常停機的方式，并要采用自動偏航后才能合理的進行解纜。

2.4合理控制風機停機

如果風機發(fā)生故障，比如，當傳動系統(tǒng)冷卻水的溫度比較高、風機的溫度比較高、槳距系統(tǒng)的液壓油位比較低等的時候，要及時發(fā)出停機警告，從而促使風機停機。如果發(fā)現(xiàn)風速超出相關限度的時候，由于風機的各個環(huán)節(jié)會受到一定的限制，所以一定要脫網(wǎng)停機。在停機的時候，要及時把槳距角調(diào)整到90°,確保停機時的安全性。

2.5合理控制槳距

在風機并網(wǎng)滯后，要憑借對槳距角的調(diào)節(jié)去調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的功率，如果額定功率小于實際功率的時候，PLC的模擬輸出單元CJ1W-DA021輸出和功率之間的差距成為比例的信號，如果功率偏差低于0的時候，要憑借進槳來促使功率的增加，同時，如果功率的偏差在-5且+5的時候，不能夠?qū)嵭凶儤瑥亩軌虮苊膺^度頻繁的進行變槳。

3結(jié)語

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KEYWORDS：hydraulicengineering;faultdiagnosis;knowledgerepresentation

1引言

水電機組設備龐大、結(jié)構(gòu)復雜、誘發(fā)故障的原因很多。其常見故障有：①機組軸承故障；②機組振動故障(根據(jù)振動誘發(fā)原因，水電機組振動大致可分為機械振動、水力振動、電氣振動)；③水輪機汽蝕與泥沙磨損；④水輪發(fā)電機故障。

確立恰當?shù)闹R表示和推理方式是研制一個故障診斷專家系統(tǒng)的良好基礎。迄今為止，設備故障診斷知識的表示多采用產(chǎn)生式規(guī)則，但對大型機組而言，大量診斷知識難以歸納為規(guī)則。實踐證明［1］

純粹使用產(chǎn)生式規(guī)則表示法描述故障診斷的知識遠不足以反映引起機組故障原因的全部征兆。近年來，人們提出了一些將規(guī)則和神經(jīng)網(wǎng)絡集成表示的方法［1～3］，這些方法大多是在規(guī)則庫的基礎上將規(guī)則轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡表示，對于實時性要求較高、診斷規(guī)則較少和推理策略相對穩(wěn)定的診斷系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。然而，對于包含水、機、電等多方面因素的高度復雜的水電系統(tǒng)，上述集成方法也暴露出復雜故障診斷困難、知識庫的開放性和透明度較低、人機交互能力差等方面的不足。

為充分滿足水電機組故障診斷知識的多樣性和復雜性對知識表示的要求，本文提出適用于水電系統(tǒng)故障診斷的知識表示方法。利用產(chǎn)生式模糊規(guī)則表示、可視化故障知識表示及神經(jīng)網(wǎng)絡表示等多種方法綜合集成的知識表示方法，應用于某水電廠水電機組故障診斷專家系統(tǒng)實踐中，取得了良好效果。

2集成知識表示方式

2.1產(chǎn)生式模糊規(guī)則表示法

將水電機組故障診斷領域?qū)＜壹跋嚓P書籍中能用自然語言描述的普通診斷知識歸納為模糊規(guī)則，置信度由領域?qū)＜医o出，典型振動故障規(guī)則如

若0且f＝fn(1)

則“定子橢圓度大”，規(guī)則置信度為0.8(一般取值范圍為0～1)

式中Az為振動幅值；If為勵磁電流；f為振動頻率；fn為轉(zhuǎn)速頻率。

規(guī)則中出現(xiàn)的導數(shù)則反映了振動與各狀態(tài)量之間的相互關系。

為了獲得導數(shù)關系，可用式(2)近似計算一時間序列的離散采樣數(shù)據(jù)

(2)

式中Δyi＝y(tǒng)i－yi－1，Δxi＝xi－xi－1，取算術平均值可有效地減小采樣信號的測量噪音干擾。

根據(jù)機組故障特點，將診斷規(guī)則劃分為多個相對獨立的規(guī)則子集，形成各類規(guī)則庫，以分類處理較為簡單的單一故障，如可將振動故障規(guī)則劃分為電氣振動類規(guī)則庫、機械振動類規(guī)則庫和水力振動類規(guī)則庫。此外，將相互耦合較強的規(guī)則單獨成庫，以處理較為復雜的多重故障。再在分類規(guī)則庫中對規(guī)則進行分層組織。對規(guī)則庫進行分類分層組織，能減少推理搜索空間，提高推理效率，同時亦有利于實現(xiàn)對規(guī)則庫的增減和修改，提高系統(tǒng)的開放性和透明度。

2.2可視化故障知識表示法

人類知識積累的過程一般是從圖形和圖像開始，并逐漸走向抽象。隨著計算機技術的發(fā)展，使得我們可以采用圖表、聲音、圖像作為知識的載體，即可視化知識表示。一般來說，一個水電廠的故障記錄大多為某些常見故障記錄，其故障記錄以文字、數(shù)據(jù)、圖表、曲線、照片、錄像等多種形式組成。傳統(tǒng)知識表示方法僅適用于利用文字和數(shù)據(jù)方面的知識信息，而在聲音和圖像等方面知識信息的處理上卻表現(xiàn)出明顯不足，可視化知識表示方法的引入為表示和利用這些知識信息提供了條件。

本文通過對典型故障的歷史記錄中有關聲音和圖像部分的信息進行整理、剪輯和壓縮處理，形成大量后綴名為Mov、Avi、Wav等多媒體文件，以實現(xiàn)可視化故障知識表示。然后，針對每一個典型故障設計一個DLL(動態(tài)鏈接庫)文件，每一個DLL設置一個入口指針以便于外部的故障診斷專家系統(tǒng)主程序利用API函數(shù)進行調(diào)用。關于某一個典型故障的各種多媒體文件可看作為隸屬該典型故障DLL文件的資源文件，多媒體文件的調(diào)用則通過OLE(對象的嵌入和鏈接)方法在DLL內(nèi)部的交互式窗口中實現(xiàn)。至此，我們通過利用動態(tài)鏈接的方法和多媒體技術，為電廠中典型故障設計了一個可視化的典型案例庫。

實際上，多媒體文件通常比較龐大(以Wav聲音文件為例，一個可播放10s的錄音文件約有1MB)，OLE和DLL方式的引入有利于發(fā)揮Windows高級編程的優(yōu)勢，避免可視化文件占用內(nèi)存過大的缺點，提高專家系統(tǒng)的整體運行速度，滿足診斷實時性的要求，確保可視化知識表示在實際系統(tǒng)中得以實現(xiàn)?？梢暬收现R表示的引入既有利于增強整個系統(tǒng)知識的表達能力，又為專家系統(tǒng)提供了更為直觀、形象、方便的解釋方式，同時也為用戶培訓和實習提供了一條良好的途徑。

2.3神經(jīng)網(wǎng)絡知識表示法

傳統(tǒng)知識表示方式，如框架、規(guī)則和劇本等表示方式都只能處理類似人類自然語言的邏輯量，并不擅長表示大量的、多路的、數(shù)值性的變量，而水電廠中許多諸如振動、溫度、流量、水頭、效率、尾水脈動、電流和功率等變量的記錄往往是進行下一次診斷的極為有用的知識信息。因此，如何對這些知識信息進行恰當?shù)乇硎竞屯评硪恢笔抢_傳統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的一個主要難題。

神經(jīng)網(wǎng)絡的引入為解決以上難題提供了一個有力的工具。本文選擇BP(BackPropagation)和PNN(ProbabilisticNeuralNetwork)前饋模型作為水電機組數(shù)值性知識的載體和指示故障分類的故障分類器。

BP網(wǎng)絡是一種已成功獲得廣泛應用的

ANN前饋模型，其訓練方法是典型的外監(jiān)督(outer-supervised)學習?？梢宰C明［4］，即使在模式空間中各樣本分布相交錯的復雜區(qū)域內(nèi)，亦只需三層BP前饋網(wǎng)絡就可構(gòu)成任意復雜的故障分類判別映射。現(xiàn)采用三層BP網(wǎng)絡作為可視化典型案例庫的故障分類器，其輸入節(jié)點數(shù)等于經(jīng)過信號預處理后的故障特征個數(shù)n，隱層節(jié)點數(shù)視訓練的具體情況決定，輸出節(jié)點數(shù)等于典型案例庫中的故障個數(shù)K。每一個典型故障對應一個K維導出矢量ui

ui＝(0，…，0，1i，0，…，0)i∈K(3)

PNN又稱為概率神經(jīng)網(wǎng)絡，其訓練方法是典型的自監(jiān)督(self-supervised)學習，該模型特別適用于分屬各個模式的訓練樣本較少，樣本的分類模式屬性已知的情況，因此該模型被我們選為類規(guī)則庫的模式識別分類器，以盡可能全面地覆蓋整個故障集。

用于模式識別的PNN，輸出層的輸出為模式樣本后驗概率估計的充要條件是隱層單元函數(shù)為Parzen窗密度核函數(shù)［4］。令X為任一隨機輸入向量，為某一故障模式的訓練樣本，如果將X、Xi都歸一化成單位矢量，則PNN的第i個節(jié)點的輸出yi可以表示為

(4)

式中Hi為PNN中第i個類別對應的隱節(jié)點數(shù)；K(。)為Parzen窗密度核函數(shù)；α為平滑參數(shù)；Wi表示第i個需要分類的模式集合；P(X/Wi)為輸入矢量的類條件概率。

如果有m個故障模式類別,PNN就有m個輸出節(jié)點，由式(4)可知，網(wǎng)絡的隱層單元數(shù)正好等于參加訓練的總樣本數(shù)，輸出yi的結(jié)果即為隨機輸入矢量的類條件概率。PNN無需訓練，網(wǎng)絡能根據(jù)每次輸入樣本的特性，由類別屬性標記進行自監(jiān)督，不斷調(diào)整網(wǎng)絡的連接權值，直至達到精度要求，所以，PNN能夠滿足訓練的實時處理要求。

筆者曾嘗試直接用機組歷史故障記錄中的時序數(shù)據(jù)對多種神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練，訓練結(jié)果均不理想，以某水電廠的某一機組的水輪機振動監(jiān)測系統(tǒng)為例，非電量監(jiān)測量(振動、擺度、導葉行程、水壓等)就有19路信號，用多層BP網(wǎng)絡和自組織映射網(wǎng)絡Kohonen模型對上述監(jiān)測量直接進行故障特征提取，均無法滿足收斂性要求。因此在實際運用中，采用信號處理方法(如濾波、FFT、Wavelet分析等)對表征機組狀態(tài)的故障數(shù)據(jù)進行預處理和故障特征初步提取，然后再將預處理后提取的特征量作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入。以振動故障診斷為例，首先對振動采樣信號進行了濾波處理，然后對其進行FFT分析，最后再將振動信號的頻譜作為PNN分類器的訓練樣本，表1和表2列出了振動故障PNN分類器所用的部分訓練樣本和測試樣本。經(jīng)過信號預處理后,神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入節(jié)點數(shù)大量減少，收斂能力明顯增強。由表2可見，訓練后的PNN對訓練樣本和測試樣本都能較好地識別。應該指出，神經(jīng)網(wǎng)絡的分類和辯識能力取決于網(wǎng)絡的學習水平，而僅僅依靠電廠的歷史故障記錄進行訓練是很難完全覆蓋整個故障集的，應不斷用新的故障樣本對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練更新。

3診斷推理策略

本集成專家系統(tǒng)的推理實際上是基于置信度的模糊推理。如前所述，在一定前提下每一條模糊診斷規(guī)則中含有一個取值在0～1之間的置信度。顯然，這些規(guī)則的前提具有一定的不確定性，特別是各個導數(shù)關系有很大的模糊性。因此，當規(guī)則前提在程度深淺上發(fā)生變化時，本文利用了文［5］提出的基于置信度的模糊推理方法對規(guī)則的置信度進行一定地修正。另一方面，為了與模糊規(guī)則相銜接，本系統(tǒng)信號分析的結(jié)論用一定的置信度表示，而ANN分類器得出的分類結(jié)果(0～1之間的數(shù))其實就是各類故障發(fā)生的置信度。至此，本專家系統(tǒng)的各個階段的診斷推理過程都能在置信度上有所反映，置信度成為系統(tǒng)推理中確定故障發(fā)生可能性的一個根本依據(jù)。

從水電機組故障發(fā)生的幾率來看，發(fā)生常見故障的可能性較大?？紤]到，專家系統(tǒng)的診斷應面向更為全面的故障集，因此應將典型案例庫及其BP網(wǎng)絡分類器作為集成知識庫中優(yōu)先進行推理的部分，僅當不滿足典型案例相似精度要求時，系統(tǒng)才轉(zhuǎn)入類規(guī)則庫及其PNN分類器執(zhí)行進一步推理，其主要診斷過程如圖1所示。

4診斷實例

以某水電廠#1機組在90年代初試運行期間發(fā)生的振動異常故障為例說明本專家系統(tǒng)的診斷過程。該廠總裝機容量850MW，其機組發(fā)電機型號為SF200-56/2800，水輪機型號為HL220-LJ-550。#1機組試運行期間,上機架振動劇烈，為保證機組安全運行，對其進行了穩(wěn)定性全面測試，其上機架振動波形如圖2所示。

經(jīng)過FFT分析上機架振動頻譜特性，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)頻分量最大，其它分量則相對較小。經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡故障分類器對FFT分析結(jié)果進行再推理后，得出發(fā)生機械方面故障的結(jié)論，神經(jīng)網(wǎng)絡分類結(jié)果如圖3所示。由PNN分析結(jié)果，專家系統(tǒng)進入機械故障規(guī)則庫執(zhí)行模糊推理。經(jīng)推理發(fā)現(xiàn)，上機架振動幅度隨工況改變，其中隨轉(zhuǎn)速變化顯著。最終，專家系統(tǒng)得出“轉(zhuǎn)子(主要是發(fā)電機)質(zhì)量失均，發(fā)電機同軸的勵磁機轉(zhuǎn)子不平衡”的診斷結(jié)論，提出“(1)作現(xiàn)場平衡(2)校正勵磁機轉(zhuǎn)子”的處理意見。東方電機廠的專家經(jīng)現(xiàn)場會診得出的診斷結(jié)論為：“發(fā)電機轉(zhuǎn)子不平衡是導致機組過速時振動的根本原因，此外機組存在兩個由尾水旋轉(zhuǎn)渦帶引起的不穩(wěn)定運行負荷區(qū)也是造成機組振動的原因之一。可對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行動平衡實驗和對不穩(wěn)定運行區(qū)進行補氣處理”。

從二者診斷結(jié)論來看，本專家系統(tǒng)的診斷結(jié)論趨于保守，但二者的診斷結(jié)論在“轉(zhuǎn)子不平衡”這一引起故障的根本原因上是一致的，提出的解決方法也基本相同。所以，本文提出的知識表示和推理方法是有效可行的，起到了智能診斷的效果。

5結(jié)論

人工神經(jīng)網(wǎng)絡在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理中表現(xiàn)出來的優(yōu)異的并行性、容錯力和魯棒性已經(jīng)是一個不可辯駁的事實，就水電機組診斷系統(tǒng)而言，運用神經(jīng)網(wǎng)絡實時處理監(jiān)測系統(tǒng)提供的大量的機組狀態(tài)數(shù)據(jù)也就成為必然選擇。基于規(guī)則和神經(jīng)網(wǎng)絡集成的智能系統(tǒng)，保留了神經(jīng)網(wǎng)絡所具有的較強的自學習、聯(lián)想、容錯和形式思維能力等優(yōu)點，與規(guī)則表示方式具有的模塊化、知識表示明確、和較強的邏輯思維能力等特點相融合，較好地解決了傳統(tǒng)規(guī)則表示的專家系統(tǒng)知識獲取困難、容錯性差及實時性難以滿足等問題。此外，可視化知識的引入也將豐富知識表示的概念，為人們多方面地理解如何更深層、更方便地獲取知識和知識學習，提供了一條新思路。

參考文獻：

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［3］楊建剛，等.集成旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的知識表示與推理［J］.東南大學學報,1995,25(3).

篇7

關鍵字：汽車電機故障方法

1.電機故障診斷的特點及實施電機故障診斷的意義

1.1電機故障診斷的特點

電機的功能是進行電能與機械能量的轉(zhuǎn)換，涉及因素很多，如電路系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、通風散熱系統(tǒng)等。哪一部分工作不良或其相互之間配合不好，都會導致電機出現(xiàn)故障。因此，電機故障要比其它設備的故障更復雜，其故障診斷所涉及到的技術范圍更廣，對診斷人員的要求也就更高。一般來說，電機故障診斷涉及到的知識領域主要有[20]：電機理論、電磁測量、信號處理、計算機技術、熱力學、絕緣技術、人工智能等。電機故障診斷的復雜性還表現(xiàn)在故障特征量的隱含性、故障起因與故障征兆之間的多元性。一種故障可能表現(xiàn)出多種征兆，有時不同故障起因也可能會反映出同一個故障征兆，這種情況下很難立即確定其真正的故障起因。另外，電機的運行還與其負載情況、環(huán)境因素等有關，電機在不同的狀態(tài)下運行，表現(xiàn)出的故障狀態(tài)各不相同，這進一步增加了電機故障診斷難度，所以要求對電機進行故障診斷首先必須掌握電機本身的結(jié)構(gòu)原理、電磁關系和進行運行狀況分析的方法，即掌握電機各種故障征兆與故障起因間的關系的規(guī)律。

1.2實施電機故障診斷的意義

電機的驅(qū)動易受逆變器故障的影響，在交流電機驅(qū)動系統(tǒng)中，逆變器短路故障將會使電機產(chǎn)生有規(guī)律波動的或是恒定的饋電扭矩，使車輛突然減速。研究表明：逆變器出現(xiàn)故障時，永磁感應電機將產(chǎn)生較大的饋電扭矩，而且永磁電機也有存在潛在的高消磁電流的問題。而感應電機在逆變器出現(xiàn)故障時所產(chǎn)生有規(guī)律的饋電扭矩將由于有持續(xù)的負載而迅速衰減，這說明了感應電機具有較高的容錯能力，適應混合動力系統(tǒng)的要求。開關電機磁阻是最具有故障容錯能力的電機，而且當其有一個逆變器支路出現(xiàn)故障時電機仍能產(chǎn)生凈扭矩，另外，開關磁阻電機成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，但是開關磁阻電機有較大的噪聲和扭矩脈沖，而且需要位置檢測器，而這些缺點使得開關磁阻電機在現(xiàn)階段不適合應用于混合動力客車上。在混合動力客車動力系統(tǒng)中，電機是作為輔助動力的，而且電機屬于高速旋轉(zhuǎn)設備，如果電機出現(xiàn)故障，電機產(chǎn)生的瞬態(tài)扭矩將使車輛的穩(wěn)定性和動力性將受到影響，而且，電機由高壓電池組驅(qū)動，如果電機出現(xiàn)故障而不能及時容錯，電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電流將使電池受到損害，因此在混合動力系統(tǒng)中對電機進行故障診斷是非常必要的。

2.電機的故障診斷方法及典型故障診斷分析

2.1電機故障的診斷方法

（1）傳統(tǒng)的電機故障診斷方法

在傳統(tǒng)的基于數(shù)學模型的診斷方法中，經(jīng)典的基于狀態(tài)估計或過程參數(shù)估計的方法被應用于電機故障檢測。圖1為用此類方法進行故障診斷的原理框圖。這種方法的優(yōu)點是能深入電機系統(tǒng)本質(zhì)的動態(tài)性質(zhì)，可實現(xiàn)實時診斷，而缺點是需建立精確的電機數(shù)學模型，選擇適當決策方法，因此，當電機系統(tǒng)模型不確定或非線性時，此類方法就難以實現(xiàn)了。

（3）基于模糊邏輯的電機故障診斷方法

圖3為基于模糊邏輯的電機故障診斷方法框圖，故障診斷部分是一個典型的模糊邏輯系統(tǒng)，主要包括模糊化單元、參考電機、底層模糊規(guī)則和解模糊單元。其中，模糊推理和底層模糊規(guī)則是模糊邏輯系統(tǒng)的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力，該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊涵關系及推理規(guī)則來進行的。模糊規(guī)則的制定有兩種基本方法：第一，啟發(fā)式途徑來源于實際電機操作者的語言化的經(jīng)驗。第二，是采用自組織策略從正常和故障電機測量獲得的信號進行模糊故障診斷的制定，將此方法通過計算機仿真實現(xiàn)，對電機故障有較好的識別能力。

（4）基于遺傳算法的電機故障診斷方法

遺傳算法是基于自然選擇和基因遺傳學原理的搜索算法，它的推算過程就是不斷接近最優(yōu)解的方法，因此它的特點在于并行計算與全局最優(yōu)。而且，與一般的優(yōu)化方法相比，遺傳算法只需較少的信息就可實現(xiàn)最優(yōu)化控制。由于一個模糊邏輯控制器所要確定的參變量很多，專家的經(jīng)驗只能起到指導作用，很難根據(jù)指導準確地定出各項參數(shù)，而反復試湊的過程就是一個尋優(yōu)的過程，遺傳算法可以應用于該尋優(yōu)過程，較有效地確定出模糊邏輯控制器的結(jié)構(gòu)和數(shù)量。

遺傳算法應用于感應電機基于神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷方法的框圖如圖4所示。設計神經(jīng)網(wǎng)絡的關鍵在于如何確定神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)及連接權系數(shù)，這就是一個優(yōu)化問題，其優(yōu)化的目標是使得所設計的神經(jīng)網(wǎng)絡具有盡可能好的函數(shù)估計及分類功能。具體地分，可以將遺傳算法應用于神經(jīng)網(wǎng)絡的設計和訓練兩個方面，分別構(gòu)成設計遺傳算法和訓練遺傳算法。許多神經(jīng)網(wǎng)絡的設計細節(jié)，如隱層節(jié)點數(shù)、神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)等，都可由設計遺傳算法進行優(yōu)化，而神經(jīng)網(wǎng)絡的連接權重可由訓練遺傳算法優(yōu)化。這兩種遺傳算法的應用可使神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和參數(shù)得以優(yōu)化，特別是用DSP來提高遺傳算法的速度，可使故障響應時間小于300μs，不僅單故障信號診斷準確率可達98%，還可用于雙故障信號的診斷，其準確率為66%。

近年來，電機故障診斷的智能方法在傳統(tǒng)方法的基礎上得到了飛速發(fā)展，新型的現(xiàn)代故障診斷技術不斷涌現(xiàn)：神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等都在電機故障診斷領域得到成功應用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，自動化系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，使其產(chǎn)生故障的可能性和復雜性劇增，僅靠一種理論或一種方法，無論是智能的還是經(jīng)典的，都很難實現(xiàn)復雜條件下電機故障完全、準確、及時地診斷，而多種方法綜合運用,既可是經(jīng)典方法與智能方法的結(jié)合，也可是兩種或多種智能方法的結(jié)合，兼顧了實時性和精確度,因此多種方法的有機融合、綜合運用這一趨勢將成為必然，也將成為電機故障在線診斷技術發(fā)展的主流方向。

參考文獻：

[1]陳清泉,詹宜君，21世紀的綠色交通工具——電動汽車[M]，北京:清華大學出版社,2001

篇8

有研究發(fā)現(xiàn)，外加電壓小時，氧化膜絕緣，當電壓升高到一定值時，氧化膜被擊穿。當擊穿后，不管電流如何增加，由于導電點的增加、導電面積的擴大，則接觸電壓保持恒定。

氧化膜具有非常好的性能，電刷與集電環(huán)接觸表面起作用的層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環(huán)分開，使摩擦在石墨層間進行，降低了摩擦系數(shù)，減少了摩擦熱的產(chǎn)生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無法重新建立導致的。

一、電刷及集電環(huán)常見故障的原因及解決辦法

電刷在運行中最常見的故障為發(fā)熱、產(chǎn)生火花、嚴重的燒損電刷刷握及集電環(huán)。從產(chǎn)生過熱故障的原因看，主要有以下幾個方面：

1、由于通風不良導致的發(fā)熱：通風不良主要是因為冷卻風道堵塞，集電環(huán)表面通風溝、通風孔堵塞、循環(huán)風扇風量下降等原因，尤其是當運行中集電環(huán)表面溫度過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環(huán)表面的散熱通道。因此在大小修時，應對集電環(huán)表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網(wǎng)進行清理，保持通暢。對于經(jīng)過多次車削的集電環(huán)，如果集電環(huán)表面的通風溝高度不到5mm，已經(jīng)車削到徑向限制孔時，就應當按照說明書根據(jù)最小使用外徑進行更換，以保證集電環(huán)的機械及散熱可靠性。

2、由于接觸電阻過大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱：集電環(huán)和電刷是通過相互滑動接觸導通勵磁電流的，根據(jù)容量及型號的不同，每個集電環(huán)上大約分布著數(shù)十只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會導致發(fā)熱不均勻，有以下幾個原因：（1）電刷與滑環(huán)表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過大?？赏ㄟ^測量單個電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯(lián)結(jié)壓降、刷辮壓降進行相互間對比來檢查。同時檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于過熱變軟老化失去彈性等原因。應使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應完整無機械損傷，壓力應符合其產(chǎn)品的規(guī)定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5％；非恒壓的電刷彈簧，有規(guī)定時壓力應符合其產(chǎn)品的規(guī)定，當無規(guī)定時，應調(diào)整到不使電刷冒火的最低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個電刷的壓力應均勻。（3）集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線接觸電阻過大，這種情況應對集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線間的緊固螺絲進行加固。（4）電刷材質(zhì)不良、導電性能差、使用的型號不符合要求或者使用了不同型號的電刷。同一電機上應使用同一型號、同一制造廠的電刷，對于外觀檢查有明顯差異的電刷應更換。

3、由于機械及摩擦等原因造成的過熱：集電環(huán)與電刷過熱故障中，很大一部分是由于機械及摩擦等原因?qū)е碌倪^熱，如果在開機時還未加勵磁，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)集電環(huán)與電刷溫度高，或者在運行中溫度過高，拔出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機械及摩擦原因?qū)е碌?。機械及摩擦導致發(fā)熱的情況很復雜，主要有以下幾個方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過多的電刷。運行中更換電刷，在同一時間內(nèi)，每個刷架上只允許更換1－2個電刷。換上的新電刷應事先在與集電環(huán)直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號須一致。如果在大修時一次更換的電刷很多，應當在投運前沖轉(zhuǎn)時，為電刷表面形成氧化膜留夠充足的時間。（2）電刷與集電環(huán)接觸面過小，接觸面積一般不應小于單個電刷截面的75％。（3）電刷在刷盒中搖擺或動作卡澀。電刷在刷握內(nèi)應能上下自由移動，其間隙應符合產(chǎn)品的規(guī)定，當無規(guī)定時，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm.（4）刷握與集電環(huán)表面間隙過大。由于電刷材質(zhì)較脆，當刷握與集電環(huán)表面間隙過大時，運行中電刷不能整體接觸集電環(huán)，與集電環(huán)呈斜面接觸，容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環(huán)表面的間隙應符合產(chǎn)品技術要求，當產(chǎn)品無規(guī)定時，其間隙可調(diào)整為2－3mm.調(diào)整間隙時，可使用一層2－3mm厚的橡膠墊附在集電環(huán)表面，將刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定位螺絲，取出橡膠墊

二、幾起集電環(huán)、電刷故障的分析及建議

1、加強對電刷表面氧化膜的認識，創(chuàng)建其形成和正常工作的條件：近期發(fā)生的幾起故障，主要原因是因為電刷表面的氧化膜層無法形成，氧化膜的形成需要一些條件，當條件不滿足時，氧化膜無法形成或形成不良，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成，當集電環(huán)、電刷出現(xiàn)過熱故障時，通常溫度都在150℃以上，此時即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到作用，電刷磨損將加劇，導致溫度繼續(xù)升高，成為惡性循環(huán)。此時可采取外部強迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風扇通風等手段，使集電環(huán)溫度降到正常范圍內(nèi)，持續(xù)一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入良性循環(huán)狀態(tài)。（2）冷卻空氣中有污染性雜質(zhì)：空氣中的雜質(zhì)對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質(zhì)包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質(zhì)。電刷磨損時，本身會產(chǎn)生碳粉的粉塵雜質(zhì)，可采用在刷架罩冷卻通風循環(huán)通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內(nèi)的空氣質(zhì)量。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用而產(chǎn)生，當含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。

氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關外，還有電刷過度研磨、使用溶劑進行擦拭、集電環(huán)表面光潔度不良以及碳刷材質(zhì)不合格等原因。

2、電刷及刷架產(chǎn)品在選購過程中應嚴格控制質(zhì)量：目前同一品牌的電刷，都是在各個不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們在進貨過程中對產(chǎn)品質(zhì)量嚴格把關，對生產(chǎn)廠家的工藝和質(zhì)量檢測手段及程序進行了解。

3、生產(chǎn)運行中加強對集電環(huán)及電刷的維護管理：加強電刷、集電環(huán)系統(tǒng)的專職維護制度，提高專責人的技術水平，嚴格按照《汽輪發(fā)電機運行規(guī)程》的要求對集電環(huán)、電刷進行檢查和運行維護，一次更換電刷的數(shù)量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術進行集電環(huán)、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時作為輔助分析的工具。

另外，本次會議還就定子絕緣引水管結(jié)垢提出分析建議：

1、當發(fā)現(xiàn)絕緣引水管結(jié)垢很嚴重時，或者已經(jīng)影響到常規(guī)預試結(jié)果時，建議全部更換新的絕緣引水管。

2、發(fā)電機每次大修結(jié)束后，開機前定子水系統(tǒng)應使用除鹽水進行帶壓力反復沖洗，直至排水清澈無顆粒，電導率合格。

3、發(fā)電機正常運行期間累積運行時間達到兩個月遇有停機機會時，對定、轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水系統(tǒng)進行反沖洗。

4、完善發(fā)電機整個冷卻水系統(tǒng)，應盡可能使其密閉循環(huán)，運行中水質(zhì)含銅量高，絕緣引水管內(nèi)壁臟污結(jié)垢主要成分為銅，是因為水路不密閉，長期氧化腐蝕銅管導致。

篇9

斬波內(nèi)饋調(diào)速是融斬波控制和內(nèi)饋電機兩項專利技術于一體的新型高壓電機調(diào)速技術。該技術可在高壓中、大容量的風機、泵類節(jié)能調(diào)速中應用。

斬波實際是變流主電路的數(shù)字控制，目的是克服移相控制存在的缺點。從根本上解決了有源逆變器可靠性問題。目前，斬波控制已被視為取代移相控制的發(fā)展方向。

內(nèi)饋調(diào)速是一種基于轉(zhuǎn)子的電磁功率控制調(diào)速，其原理是把定子傳輸給轉(zhuǎn)子的電磁功率中的一部分功率移出去。這樣定子傳輸?shù)碾姶殴β什蛔?，但移出的電功率可任意控制，轉(zhuǎn)子總的電磁功率就被改變，電機轉(zhuǎn)速就可得到控制。

內(nèi)饋調(diào)速巧妙地在異步機的定子上加設一個內(nèi)饋繞組，專門用來接受轉(zhuǎn)子移出的電功率。內(nèi)饋繞組此時工作在發(fā)電狀態(tài)，它把接受的電功率又通過電磁感應，反方向傳輸給定子原繞組，使定子的輸入功率減小，與機械功率平衡，實現(xiàn)了高效率的無級調(diào)速。

內(nèi)饋調(diào)速最適合于高壓大容量電機，其特點如下。

1．回避了定子控制的高電壓問題，可實現(xiàn)高壓電機低壓控制；

2．控制裝置的容量可小于電機的容量，即為小容量控制大容量；

3．控制裝置和定子電源均為電磁隔離，有效地抑制了控制裝置產(chǎn)生的諧波電流對電源的干擾；

4．整個系統(tǒng)沒有外附變壓器，調(diào)速損耗小，效率高。

二、節(jié)能效益和環(huán)境效益

1．該項目年節(jié)電量618.9253萬kW•h，折標準煤2500.46t，可減排二氧化碳1812.83t。

2．按山東上網(wǎng)電價0.30元／kW•h計算，年節(jié)能效益185.68萬元。

3．投資回收期為1.59年。

篇10

關鍵詞：無刷直流電機控制MC33035

1概述

MC33035無刷直流電機控制器采用雙極性模擬工藝制造，可在任何惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下保證高品質(zhì)和高穩(wěn)定性。該控制器內(nèi)含可用于正確整流時序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進行補償?shù)膮⒖茧娖剑瑫r它還具有一個頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個誤差信號放大器、一個脈沖調(diào)制器比較器、三個集電極開路頂端驅(qū)動輸出和三個非常適用于驅(qū)動功率場效應管（MOSFET）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外，MC33035還有欠鎖定功能，同時帶有可選時間延遲鎖存關斷模式的逐周限流特性以及內(nèi)部熱關斷等特性。其典型的電機控制功能包括開環(huán)速度、正向或反向、以及運行使能等。

2管腳排列及功能定義

MC33035的管腳排列如圖1所示，各引腳功能定義見表1。

表1MC33035的管腳功能定義定

管腳編號符號功能定義

1，2，24BT，AT，CT三個集電極開路頂端驅(qū)動輸出，用于驅(qū)動外部上端功率開關晶體管

3Fwd/Rev正向/反向輸入，用于改變電機轉(zhuǎn)向

4，5，6SA,SB,SC三個傳感器輸入，用于控制整流序列

7OoutputEnable輸出使能，高電平有效。該腳為高電平時，可使電機轉(zhuǎn)動

8ReferenceOutput此輸出為振蕩器定時電容CT提供充電電流，并為誤差放大器提供參考電壓，也可以向傳感器提供電源

9CurrentSenseNoninvertingInput電流檢測同向輸入。在一個給定的振蕩器周期中，一個相對于管腳15為100mV的信號可中止輸出開關導通。通常此管腳連接到電流檢測的上端

10Oscillator振蕩器引腳，振蕩頻率由定時元件RT和CT所選擇的參數(shù)值決定

11ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號放大器同向輸入。通常連接到速度設置電位器上

12ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號放大器反向輸入。在開環(huán)應用情況下，此輸入通常連接到誤差放大器輸出端

13ErrorAmpOut/PWMInput誤差放大器輸出/PWM輸入。在閉環(huán)應用情況下，此管腳用作補償

14FaultOutput故障輸出端。當下列的任一或多個條件滿足時，集電極開路輸出端被觸發(fā)而變?yōu)榈?；無效的傳感器輸入碼，電流檢測超過100mV，低電壓鎖定或熱關斷

15CurrentSenseInvertingInput電流檢測反向輸入端。用于給內(nèi)部100mV門限電壓提供參考地，該管腳通常連接到電流檢測電阻的底端

16Gnd該管腳用于為控制電路提供一個分離的接地點，并可以作為參考返回到電源地

17Vcc正電源。Vcc在10V～30V的范圍內(nèi)，控制器均可正常工作

18Vc底部驅(qū)動輸出的高端電壓是由該管腳提供的，它的工作范圍從10V～30V

19，20，21CB,BB,AB這三個圖騰柱式底部驅(qū)動輸出被設計用于直接驅(qū)動外部底部功率開關晶體管

2260°/120°Select此管腳的電氣狀態(tài)可決定控制電路是工作在60°（高電平狀態(tài)）還是120°（低電平狀態(tài)）的傳感器電氣相位輸入狀態(tài)下

23Brake輸出使能。該管腳為低時允許馬達運行，為高時馬達運行停止

表2三相六步換向器真值表

輸入

輸出

60度

SASBSC120度

SASBSC正向/反向使能電流檢測頂部驅(qū)協(xié)

ATBTCT底部驅(qū)動

ABBBCB

100100110011001

110110110101001

111010110101100

011011110110100

001001110110010

000101110011010

100100010110100

110110010110010

111010010011010

011011010011001

001001010101001

000101010101100

101111XXX111000

010000XXX111000

VVVVVVX0X111000

VVVVVVX1X111000

表中,V表示六個有效傳感器或驅(qū)動組合中的一個，X表示無關；輸入邏輯0定義為小于85mV，邏輯1為于115mV

3工作原理

MC33035的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2MC33035的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

MC33035內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置譯碼器主要用于監(jiān)控三個傳感器輸入，以便系統(tǒng)能夠正確提供高端和低端驅(qū)動輸入的正確時序。傳感器輸入可直接與集電極開路型霍爾效應開關或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內(nèi)含上拉電阻，其輸入與門限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產(chǎn)品控制的三相電機可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120度選擇可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的傳感器相位電機。其三個傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置，另外兩種編碼組合無效。通過六個有效輸入編碼可使譯碼器在使用60度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機轉(zhuǎn)子的位置。表2所列是其真值表。

MC33035直流無刷電機控制器的正向/反向輸出可通過翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓來改變電機轉(zhuǎn)向。當輸入狀態(tài)改變時，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖?，從而改變整流時序，以使電機改變旋轉(zhuǎn)方向。

電機通/斷控制可由輸出使能來實現(xiàn)，當該管腳開路時，連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時序。而當該腳接地時，頂端驅(qū)動輸出將關閉，并將底部驅(qū)動強制為低，從而使電動機停轉(zhuǎn)。

MC33035中的誤差放大器、振蕩器、脈沖寬度調(diào)制、電流限制電路、片內(nèi)電壓參考、欠壓鎖定電路、驅(qū)動輸出電路以及熱關斷等電路的工作原理及操作方法與其它同類芯片的方法基本類似，這里不多述。

圖3三相六步全波電機控制電路

4實際控制電路

4.1三相六步電機控制電路

圖3所示的三相應用電路是具有全波六步驅(qū)動的一個開環(huán)電機控制器的電路連接圖。其中的功率開關三極管為達林頓PNP型，下部的功率開關三極管為N溝道功率MOSFET。由于每個器件均含有一個寄生箝位二極管，因而可以將定子電感能量返回的電源。其輸出能驅(qū)動三角型連接或星型連接的定子，如果使用分離電源，也能驅(qū)動中線接地的Y型連接。

在任意給定的轉(zhuǎn)子位置，圖3所示的電路中都僅有一個頂部和底部功率開關（屬于不同的圖騰柱）有效。因此，通過合理配置可使定子繞組的兩端從電源切換到地，并可使電流為雙向或全波。由于前沿尖峰通常在電流波形中出現(xiàn)，并會導致限流錯誤。因此，可通過在電流檢測輸入處串聯(lián)一個RC濾波器來抑制類峰。同時,Rs采用低感型電阻也有助于減小尖峰。

4.2有刷電機控制電路

雖然MC33035是專為控制無刷直流電機而設計的，但它也可以用來控制直流有刷型電機。圖4所示就是一個使用MC33035來控制直流有刷型電機的典型應用電路實例。

圖4中，MC33035通過驅(qū)動一個H型電四橋可用最少的器件來控制一個有刷電機。該控制的關鍵在于：要將輸入傳感器編碼為100，同時，在控制器正向/反向管腳為邏輯電平1時，還應產(chǎn)生一個頂部到左Q1和底部到右Q3的驅(qū)動信號，而當正向/反向管腳的邏輯電平為時，則應產(chǎn)生頂部到右Q4和底部到左Q2的驅(qū)動。該編碼可以保證H型驅(qū)動同時滿足方向和速度控制的要求。該控制器可在大約25kHz的脈寬調(diào)制頻率下正常工作。電機速度的控制可通過調(diào)節(jié)誤差放大器同相輸入端的電壓來輸入。而電機電流的逐周限流則可由檢測H型電橋電機電流并通過電阻Rs到地之間所產(chǎn)生的電壓（100mV門限）來實現(xiàn)。由于利用過流檢測電路可改變電機轉(zhuǎn)向，因此，在工作時，使用正常的正向/反向切換不需要在變向前完全停止。

圖4H型電機有刷型控制器電路