一种基于永磁同步电机的绞磨机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，涉及输电线路施工绞磨系统领域。现有的绞磨挡位多，换挡操作比较麻烦。本发明专利技术包括齿轮变速箱、永磁同步伺服电机、电机驱动器、主控器、动力电池组、有线控制电缆和设有显示屏的手持控制器，主控器中存储有永磁同步伺服电机在加速和匀速的各个速度段的电流和扭矩的关系参数，主控器读取电流来测算负载拉力。本技术方案对绞磨不同速度和加速度设置最大扭矩值，确保永磁同步电机不超载，提高绞磨施工的安全性；通过手持控制器预设工作最大载荷拉力数值，当负载拉力大于预设最大载荷拉力值时，永磁同步伺服电机停止运作，并在手持控制器的显示屏上提示超载，进一步提高绞磨施工的安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁同步电机的绞磨机系统


[0001]本专利技术涉及输电线路施工绞磨系统领域，尤其涉及一种基于永磁同步电机的绞磨机系统。

技术介绍

[0002]绞磨机又称为机动绞磨，广泛用于输电线路工程铁塔组立、架线施工、应急抢修作业，现有的绞磨存在以下问题：挡位多，换挡操作比较麻烦，且每个挡位的传动比固定，速度无法按需调节；因无法时时显示外部载荷，且每个挡位对应的最大允许载荷不同，容易出现超载情况而导致绞磨安全性偏低。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于永磁同步电机的绞磨系统，以简化绞磨的控制，提升绞磨施工的安全性为目的。为此，本专利技术采取以下技术方案。
[0004]一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，包括齿轮变速箱、永磁同步伺服电机、电机驱动器、主控器、动力电池组、有线控制电缆和设有显示屏的手持控制器，所述的永磁同步伺服电机通过所述的齿轮变速箱与磨筒传动连接，所述的手持控制器连接到所述的主控器，所述的动力电池组为系统供电，所述的主控器连接到所述的电机驱动器，所述的电机驱动器连接到所述的永磁同步伺服电机，所述的主控器中存储有永磁同步伺服电机在加速和匀速的各个工作工况速度段的电流和扭矩的关系参数，主控器读取电流，通过永磁同步电机数学模型的电流和扭矩关系，通过齿轮机械传动，最终得出电机电流和绞磨负载拉力之间的关联特性，并采用相关算法来测算负载拉力。根据永磁同步电机不同速度和加速度下的额定扭矩和过载特性，对绞磨不同速度和加速度设置最大扭矩值，确保永磁同步电机不超载，提高绞磨施工的安全性，采用采用永磁同步电机，体积重量小，便于携带。
[0005]作为优选技术手段：可通过手持控制器按实际工作需要预设工作最大载荷拉力数值，当负载拉力大于预设最大载荷拉力值时，永磁同步伺服电机停止运作，并在手持控制器的显示屏上提示超载。最大载荷拉力值可根据现场实际情况设置，安全性更高。
[0006]作为优选技术手段：永磁同步伺服电机的电流和扭矩的关系参数是通过电机试验台架测试，测试和记录不同速度下电流和扭矩之间的关系曲线，记录形成电流
‑
扭矩参数特性表。该方法可有效实现电流
‑
扭矩参数特性数据的记录及确保扭矩的精度。
[0007]作为优选技术手段：在匀速的各个工作工况速度段中，由于电机在低速段和高速段效率不同，电机电流和扭矩关系略有差异，根据电机试验台架测试结果数据，获取电流和扭矩关系的不同分段系数，设定载荷为F，对各匀速阶段，其中η为传动效率，F
V
为匀速工况下磨绳拉力，r为磨筒半径+钢丝绳半径，n为速比，在速度V条件下的扭矩、速比和磨筒半径是固定常数，即可计算的磨筒上磨绳的载荷等于牵引力，即
有效实现各匀速段的载荷拉力计算。
[0008]作为优选技术手段：对各加速阶段，设电机的角加速度为M，即可求得磨绳的加速度电机的牵引力F
a
，载荷F，通过读取电机电流查表获得电机扭矩T
a
，计算得牵引力可计算得其中F为加速阶段实时载荷，T
a
为根据电流
‑
扭矩参数特性表所得的电机输出扭矩，η为传动效率，r为磨筒半径+磨绳半径，n为传动速比，M为电机加速度，g为重力加速度。有效实现各加速段的载荷拉力计算。
[0009]作为优选技术手段：手持控制器通过有线和无线两种方式连接到所述的主控器，采用有线/无线双模自动切换控制方式，有线采用CAN总线通信，无线采用扩频通信。采用有线/无线双模自动切换控制方式，控制操作更简单方便；有线采用CAN总线，具备通信实时性和可靠性等优点，能够完成通信系统的物理层与数据链路层的功能，使用CANH和CANL差分传输方式，具备较强的抗干扰能力，CAN总线控制协议还包括心跳帧，在操作过程中出现CAN总线通信异常，包括线缆人为拔掉或者外力压断造成的CAN通信中断，主控器能在第一时间发停止指令让电机停止，并启动电机刹车，让磨筒停止运转，从而避免意外事故；无线采用扩频通信，在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3
‑
5倍，同时较低的无线功耗能减少无线电污染和干扰，方便高空作业的操作。
[0010]作为优选技术手段：无线控制模式预设有多个频点，主控器通过旋钮开关选择频点，手持遥控器通过键盘和显示屏设置频点，当主控器和手持遥控器在同频点时实现遥控操作。在一个施工地点有多台绞磨施工时，可以通过设置不同频点实现一个地方多台绞磨的无线遥控。
[0011]作为优选技术手段：有线/无线双模自动切换控制方式为,在具备有线通信条件下，自动优先选择有线控制模式，在没法建立有线通信前提下，选择无线搜索并建立无线通信进入无线控制模式，如果有线和无线通信均无法建立，则回到待机状态，重新开始有线和无线侦测。自动切换方式简单可靠。
[0012]作为优选技术手段：在有线控制模式时，CAN总线采用全速控制指令和全速状态查询模式，实时状态检测占用100kbps带宽，10ms一次实时读取永磁同步伺服电机电流参数、电机温度参数，10ms一次间隔性读取电池电量；实时控制数据占用20kbps带宽，采用最高优先级，发送永磁同步伺服电机的运动指令。能有效实现有线控制。
[0013]作为优选技术手段：在无线控制模式时，实时状态检测占用10kbps带宽，100ms一次实时读取永磁同步伺服电机电流参数、电机温度参数，15s一次间隔性读取电池电量；实时控制数据占用20kbps带宽，采用高优先级，发送永磁同步伺服电机的运动指令。能有效实现无线控制。
[0014]作为优选技术手段：手持控制器上可显示实时拉力、磨绳实时速度、无限频段和有线/无线控制模式，并可通过手持控制器预设最大载荷拉力。便于直观监测数据，可提升控制操作方便性。
[0015]有益效果：通过采用永磁同步电机，通过永磁同步电机数学模型的电流和扭矩关
系，通过齿轮机械传动，最终得出电机电流和绞磨负载拉力之间的关联特性，并采用相关算法来测算负载拉力。根据永磁同步电机不同速度和加速度下的额定扭矩和过载特性，对绞磨不同速度和加速度设置最大扭矩值，确保永磁同步电机不超载，提高绞磨施工的安全性。通过手持控制器预设工作最大载荷拉力数值，当负载拉力大于预设最大载荷拉力值时，永磁同步伺服电机停止运作，并在手持控制器的显示屏上提示超载，大幅提高绞磨施工的安全性。实现无级调速，有效简化绞磨的控制操作。采用采用永磁同步电机，体积重量小，便于携带。
附图说明
[0016]图1是本专利技术连接示意图。
[0017]图2是本专利技术中绞磨运动过程阶段示意图。
[0018]图3是本专利技术中电流和扭矩关系示意图。
[0019]图4是本专利技术永磁同步电机特性曲线示意图。
[0020]图5是本专利技术中有线/无线双模控制切换示意图。
[0021]图6是本专利技术中有线控制模式示意图。
[0022]图7是本专利技术中无线控制模式示意图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，其特征在于：包括齿轮变速箱(1)、永磁同步伺服电机(2)、电机驱动器(3)、主控器(4)、动力电池组(5)、有线控制电缆和设有显示屏的手持控制器(6)，所述的永磁同步伺服电机(2)通过所述的齿轮变速箱(1)与磨筒(7)传动连接，所述的手持控制器(6)连接到所述的主控器(4)，所述的动力电池组(5)为系统供电，所述的主控器(4)连接到所述的电机驱动器(3)，所述的电机驱动器(3)连接到所述的永磁同步伺服电机(2)，所述的主控器(4)中存储有永磁同步伺服电机(2)在加速和匀速的各个工作工况速度段的电流和扭矩的关系参数，主控器(4)读取电流，并采用不同算法来测算负载拉力，并可通过手持控制器(6)按实际工作需要预设工作最大载荷拉力数值。2.根据权利要求1所述的一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，其特征在于：主控器(4)可通过手持控制器(6)按实际工作需要预设工作最大载荷拉力值，当负载拉力大于预设最大载荷拉力值时，永磁同步伺服电机(2)停止运作，并在手持控制器(6)的显示屏上提示超载。3.根据权利要求1所述的一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，其特征在于：永磁同步伺服电机(2)的电流和扭矩的关系参数是通过电机试验台架测试，测试和记录不同速度下电流和扭矩之间的关系曲线，记录形成电流
‑
扭矩参数特性表。4.根据权利要求3所述的一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，其特征在于：在匀速的各个工作工况速度段中，由于电机在低速段和高速段效率不同，电机电流和扭矩关系略有差异，根据电机试验台架测试结果数据，获取电流和扭矩关系的不同分段系数，设定载荷为F，对各匀速阶段，其中η为传动效率，F
V
为匀速工况下磨绳拉力，r为磨筒(7)半径+钢丝绳半径，n为速比，在速度V条件下的扭矩、速比和磨筒(7)半径是固定常数，即可计算的磨筒(7)上磨绳的载荷等于牵引力，即5.根据权利要求4所述的一种基于永磁同步电机的绞磨机系统，其特征在于：对各加速阶段，设电机的角加速度为M，即可求得磨绳的加速度电机的牵引力F...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超胜，高优梁，王建荣，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司上海海倬电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：