提花喷气织机永磁电机直驱系统研究

【摘要】：传统提花喷气织机多采用立轴传动,即单台大功率高启动转矩异步电机作为动力源,通过皮带轮、伞齿轮、带有花键可伸缩万向节等传动部件,使织机主轴和提花机主轴转动。针对此种传动方式存在系统效率低、调速不便、噪音大、需定期维护等不足,提出一种无立轴直驱永磁电机主传动系统,从直驱永磁电机本体设计到双电机转速比例同步控制进行了研究。针对提花喷气织机负载转矩在最小值与最大值之间反复波动给电机电磁设计带来困难的问题,采用基于磁热双向耦合逐次逼近稳态温升的计算方法,以织机主轴为例进行了多个功率等级的电磁设计,通过对比各功率等级的温升分布、动态效率、永磁体磁性能等,选取了合适的额定功率点。同时为满足提花喷气织机启动性能,通过转子挖孔来减小电机转动惯量。为保证布匹质量,电机转矩脉动不宜过大。采用遗传算法利用Maxwell和opti SLang耦合进行优化设计,以定子槽口宽度、转子偏心距、极弧系数为优化变量,转矩脉动和输出转矩平均值为优化目标进行转矩脉动削弱。仿真结果表明,在其他性能良好的前提下,优化后转矩脉动大幅度减小,满足提花喷气织机主轴负载的需求。为实现织机主轴与提花机主轴转速比例同步,对双电机同步控制进行了研究。针对实时负载扰动带来转速波动大问题,在单电机采用MTPA控制的基础上,采用负载降阶转矩观测器观测实时负载转矩,通过反馈系数前馈至电流控制器的输入,以达到抗扰能力强,稳态性能优良的目的,仿真结果表明,基于负载转矩前馈补偿策略能够很好抑制由于负载转矩扰动带来的转速波动。对于传统交叉耦合的双电机同步控制存在转速不能快速跟随,受扰后,转速偏差过大,且达到同步时间长的问题,采用了一种改进偏差耦合的控制策略,即转速偏差经反馈系数补偿至电流控制器的输入端,以改善转速的同步性能。仿真结果表明,采用改进的交叉耦合同步控制策略两电机转速偏差较小,抗扰能力强,转速同步性好。研制出一台织机主轴直驱永磁电机,搭建了样机实验系统并进行了电磁性能测试,实验结果与有限元仿真吻合,验证了电磁设计的有效性和准确性。