城軌車站屏蔽門門機系統(tǒng) 驅動裝置

電機故障及更換電機—PWM技術電機特性05.門機控制器（DCU）06.障礙物檢測07.簡述/01簡述簡述簡述屏蔽門門機系統(tǒng)是滑動門的操作機構，安裝在門體結構的頂箱內，主要由驅動裝置、門機控制器（DCU）、懸掛裝置、傳動裝置、鎖緊裝置等組成，如圖3-1所示。驅動裝置包括電機、減速器等。簡述簡述門機系統(tǒng)是通過電機和傳動機構驅動門體的水平移動，實現屏蔽門的開和關，并將電壓和電流等信息反饋給門機控制器，以便控制系統(tǒng)判斷門的運行狀態(tài)。簡述簡述門機系統(tǒng)是屏蔽門滑動門的操作機構，主要由電機、傳動裝置、導軌與滑塊總成、鎖緊及解鎖裝置、行程開關和位置檢測裝置等組成。電機/02概念電機實現的功能及要求直流有刷電動機直流無刷電動機結構電機概念驅動裝置即電機分為交流電機、直流電機兩類；直流電機又分為直流有刷電機及直流無刷電機.直流無刷電機具有低轉速、無噪聲、免維護保養(yǎng)、壽命長、體積小、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好等特點。電機概念電機采用高性能直流無刷電機，由門機控制器控制的工作方式，如圖3-2所示。電機調速性能和輸出轉矩均應滿足門扇運動曲線和動力曲線的要求。圖3-2屏蔽門電機電機電機實現的功能及要求（1）電動機作為門機系統(tǒng)的動力來源，能夠驅使傳動裝置滑動門關閉或打開；（2）屏蔽門在打開和關閉過程成并不是勻速地，電動機應滿足門體能夠實現變速運動的要求；（3）當滑動門左右兩扇門之間夾有障礙物時，門扇能夠自動彈開后再關閉，三次后若障礙物依舊存在門扇將處于開啟狀態(tài)，障礙物若不在將關閉滑動門。電機電機實現的功能及要求左手定則：又叫電動機定則，伸平左手使拇指與四指垂直，手心向著磁場的N極，四指的方向與導體中電流的方向一致，拇指所指的方向即為導體在磁場中受力的方向。電機電機實現的功能及要求右手定則：又叫電機定則，伸平右手使拇指與四指垂直，手心向著磁場的N極，拇指的方向與導體運動的方向一致，四指所指的方向即為導體種感應電流的方向。電機電機實現的功能及要求安倍定則：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指即為通電螺線管的N極。電機電機實現的功能及要求直流電動機的工作原理為運用根據左手定則，讓帶電線圈切割磁感線，從而產生力的作用，使得電動機旋轉起來。直流電動機一般分為定子部分和轉子部分。電動機工作原理電機電機實現的功能及要求直流電動機電機電機實現的功能及要求內定子和外轉子內定子和外轉子內定子和外轉子電機電機實現的功能及要求轉子：為永磁體,用以與定子產生的旋轉磁場相互作用。定子：采用星形連接的三相繞組,用以產生旋轉磁場。外定子和內轉子電機直流有刷電動機當直流電源通過電刷向電樞繞組供電時，電樞表面的N極下導體可以流過相同方向的電流，根據左手定則導體將受到逆時針方向的力矩作用；電樞表面S極下部分導體也流過相同方向的電流，同樣根據左手定則導體也將受到逆時針方向的力矩作用。這樣，整個電樞繞組即轉子將按逆時針旋轉，輸入的直流電能就轉換成轉子軸上輸出的機械能。電機直流有刷電動機當直流有刷電動機旋轉90度后轉子由于慣性繼續(xù)轉動，此時原本的S極傳上來變成了N極，同時原本的N極現在轉下去變成了S極。新N極所對應的換向器接觸到了電源的正極，因此根據左手定則導體又受到逆時針方向的力矩作用，使得整個電動機持續(xù)進行逆時針轉動，因此直流有刷電動機就轉動起來了。電機直流無刷電動機結構直流無刷電動機的總體結構主要包括定子、轉子、檢測轉子磁極位置的傳感器及電子換向器。我們這里主要討論外轉子直流無刷電動機電動機外部是轉子，轉子上是用永磁體制成磁鐵，轉子中心連接一根轉軸。內部是定子，定子采用疊片結構并在槽內鋪設繞組的方式，定子繞組多采用三相并以星形方式連接，當繞組通電時就會產生磁場，轉子上的永磁體可以與定子產生的磁場相互作用。電機直流無刷電動機結構我們這里都以三相六極直流無刷電動機為例，這里所謂的“三相”是指電動機采用星形連接的ABC三組線圈進行勵磁，“六極”是指定子磁場磁極為6個。電機直流無刷電動機結構1.結構由定子、轉子、檢測轉子磁極位置的傳感器及換相電路組成。定子采用疊片結構并在槽內鋪設繞組的方式。定子繞組多采用三相并以星形方式連接。電機直流無刷電動機結構2.原理直流無刷電動機是如何能動起來的呢？其實，直流無刷電動機本質上是一種同步電動機，即定子繞組通電產生旋轉磁場，吸引轉子磁極與之對準，產zon生軸的運動。圖9是三相六極無刷直流電動機繞組結構圖，定子上繞有六組線圈，分別為A+、B+、C+、A-、B-、C-,一一相互對應，相對應極的兩個繞組首尾相接連接成一相繞組，即形成了A+與A-,B+與B-，C+與C-三相繞組。電機直流無刷電動機結構2.原理定子上的六組線圈固定不動，轉子上的永磁體不停的旋轉，當線圈A+與A-通正向電流后，產生了由A-到A+的磁勢，此時A+為所產生的電磁場的N極，A-產生電磁場的S極。這個N極與轉子上的S極之間就會因為異性相吸而產生一股吸引力，從而使得轉子逆時針方向轉動。電機直流無刷電動機結構2.原理當轉子S極逆時針轉動60度時，線圈A+與A-斷電，線圈C+與C-通反向電流，這個時候就使得C-產生電磁場的N極，C+產生電磁場的S極，轉子的S極持續(xù)受到C-所產生的N極吸引，因而繼續(xù)轉動。電機直流無刷電動機結構2.原理當轉子S極經過C-之后，線圈C+與C-斷電，B+與B-通電，因此轉子持續(xù)轉動達到了電動機轉動的目的。有人把這個現象比喻成毛驢吃胡蘿卜，在毛驢前面吊著胡蘿卜，不斷吸引毛驢前進。電機直流無刷電動機結構2.原理直流無刷電動機一個周期的運動過程：當外部轉子的S極處于左半邊的時候，通電方向為A+A-，此時A+處為電磁鐵N極，轉子S極旋轉60度到A+處。再給C-C+方向通電，此時C-處為電磁鐵N極，轉子S極旋轉60度到B+處。再給B+B-方向通電，此時B+處為電磁鐵N極，轉子S極旋轉60度到A-處。SSSNNNNN電機直流無刷電動機結構當外部轉子的S極處于右半邊的時候，向相反方向通電。通電方向為A-A+，此時A-處為電磁鐵N極，轉子S極旋轉60度到C+處。再給C+C-方向通電，此時C+處為電磁鐵N極，轉子S極旋轉60度到B-處。再給B-B+方向通電，此時B-處為電磁鐵N極，轉子S極旋轉60度到A+處。由此走了一個周期。通電順序為A+A-,C-C+,B+B-;A-A+,C+C-,B-B+SSSNNN電機直流無刷電動機結構直流無刷電動機如何提高效率？后來，人們發(fā)現每次只有一組線圈通電工作，兩組線圈斷電不工作，使得電動機效率低下，人們在原來的基礎上進行了改進。剛開始工作的時候，同時給線圈A+與A-，C+與C-通方向相反的電流，使得A+和C-都成為線圈的N極，此時兩個N極產生的吸引力FA+與FC-合成了一股合力FA+C-，吸引轉子S極轉動。2.原理電機直流無刷電動機結構合力FA+C-比單獨的FA+或FC-都要大，因此轉子S極轉動速度加快，這在一定程度上提高了電動機的工作效率。2.原理電機直流無刷電動機結構直流無刷電動機如何實現周期性轉動？當轉自轉過60度后，線圈A+與A-，C+與C-通電截止，緊接著線圈C+與C-，B+與B-通電，使得C-和B+分別成為線圈的N極。其磁場所產生的吸引力FC-與FB+所合成的合力FB+C-吸引轉子S極持續(xù)轉動。2.原理電機直流無刷電動機結構直流無刷電動機如何實現周期性轉動？我們可以看出轉子S極一個周期依次受到合力1:FA+C-2:FB+C-3:FB+A-4:FC+A-5:FC+B-6：FA+B-的作用，形成了一個循環(huán)，電動機于是也逆時針轉動一圈。2.原理電機直流無刷電動機結構2.原理接下來的周期按照這個順序依次受力，電動機持續(xù)轉動。在這個過程中，就需要依次按照上述六個步驟分別給A+與C-，B+與C-，B+與A-，C+與A-，C+與B-，A+與B-分別通正向電流和反向電流，使得它們依次成為電磁場的N極，吸引轉子的S極不斷轉動。電機直流無刷電動機結構2.原理這個通電過程要按步驟通電還要注意電流方向，比較復雜。電機直流無刷電動機結構2.原理

如何改進電路連接方式？人們進一步改進電路，將A+、B+、C+、A-、B-、C-三相六極相對應極的兩個繞組首尾相接連接成一相繞組，然后將三相繞組的A-、B-、C-三個極端聯系起來成為星型連接，并用小寫英文字母a,b,c表示A-、B-、C-三個線圈，中間的共同點成為COM端。電機直流無刷電動機結構2.原理

如何改進電路連接方式？根據右手定則，當電流流過兩個繞線方向相同的鐵芯線圈方向，電流方向不同，產生的磁場方向也不同。在星型連接中，所有線圈的的繞線方向相同，因此給予不同方向的電流就可以產生不同方向的磁場。電機直流無刷電動機結構2.原理

假如電流從A相繞組流進經過線圈a和線圈b，從B相繞組流出，A相繞組產生從COM端指向A端的磁勢，B相繞組產生從B端指向CON端的磁勢。電機直流無刷電動機結構2.原理此時A為N極，b為N極，a為S極，B為S極，產生同上文的合力，吸引轉子旋轉60度。然后改變電流流入的繞組，電流從A相繞組流進經過線圈a和線圈小c，從大c相繞組流出，A相繞組產生從COM端指向A端的磁勢，C相繞組產生從C端指向CON端的磁勢。A為N極，小c為N極，a為S極，大C為S極，產生同上文的合力，吸引轉子旋轉60度。電機直流無刷電動機結構2.原理直流無刷電動機六狀態(tài)如此依次改變電流流入的繞組，使三相繞組按如下規(guī)則通電：每步三相繞組中的一個繞組流入電流，一個繞組流出電流，一個繞組不導通，通電順序為：1:A+C-2：A+B-3:C+B-4:C+A-5:B+A-6:B+C-電機直流無刷電動機結構2.原理每步僅一個繞組被換相，每步磁場旋轉60度，每6步旋轉磁場旋轉一周。隨著磁場的旋轉，吸引轉子磁極隨之旋轉。如圖14所示：磁場順時針旋轉，電動機逆時針旋轉：1—>2—>3—>4—>5—>6；磁場逆時針旋轉，電動機順時針旋轉：6—>5—>4—>3—>2—>1；電機直流無刷電動機結構2.原理電機直流無刷電動機結構2.原理通過前面的論述我們知道，只需要按照六狀態(tài)通電的方式就可以使得電動機順時針或逆時針方向轉動。那么接下來我們就要討論下如何實現無刷的方式進行六狀態(tài)通電呢？在六狀態(tài)通電里我們要給有的極正電流，有的極負電流。在有刷直流電動機通過刷子的轉換來給電動機輸入不同方向的電流，那么無刷直流電動機呢？電機直流無刷電動機結構2.原理要想做到無刷，就要求定子產生旋轉磁場，但還要做到直流驅動。因此人們想到使用電力電子中的逆變技術（利用開關管將直流變?yōu)榻涣鳎┒绷鳠o刷電動機即使用全橋逆變技術，將直流電源分六種不同的形式對線圈進行供電，最終實現六拍控制。電機直流無刷電動機結構2.原理六狀態(tài)通電電路—電子開關線路我們采用如下圖所示的轉向電路替代直流有刷電動機的轉向器，轉向電路中有直流電源連接六個由三極管作為開關的控制電路，再連接三相六極直流無刷電動機的三相。六個控制電路分別對應了A+、B+、C+、A-、B-、C-，連接著三相的A、B、C。以圖1為例，平時A+、B+、C+、A-、B-、C-這六個控制電路關閉，當電動機要進行順時針轉動第一個狀態(tài)時，需要A+B-，即從A輸入負電流，從B輸出入正電流。電機直流無刷電動機結構2.原理則把A-和B+兩路的三極管開關閉合即可（給三極管基極高電平1時三極管閉合，給三極管基極低電平0時三極管斷開）。電機直流無刷電動機結構2.原理同理，電動機要實現狀態(tài)B+C-時，把B+和C-兩路的三極管開關閉合即可。因此，按照六狀態(tài)來控制對應的三極管開關，使得A、B、C三相分別流入正向或反向電流，就能實現電動機順時針或逆時針轉動。圖中分別顯示了如何實現六狀態(tài)通電。電機直流無刷電動機結構2.原理接下來的問題是如何判斷該是哪組線圈通電以及什么時候通電？—傳感器我們知道無刷直流電動機定子繞組必須根據轉子的磁極方位切換其中的電流方向，才能使轉子連續(xù)旋轉，因此在無刷直流電動機內必須設備一個能夠探測轉子磁極位置的傳感器，這種傳感器通常采用霍爾元件?；魻栐且环N由霍爾元件加上信號處理電路組成磁感應傳感器，可以檢測磁場的極性，將磁場的極性變成電信號。電機直流無刷電動機結構2.原理霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，它可以有效的反映通過霍爾原件的磁密度，有正向磁場即N極通過霍爾，輸出“1”，有反向磁場即S極致通過霍爾，輸出“0”。當霍爾傳感器在和電機的轉子做相對運動時，隨著轉子下磁密度的變化，來產生變化的信號。電機直流無刷電動機結構2.原理電機直流無刷電動機結構2.原理在無刷直流電動機中，一般采用3個開關型霍爾傳感器測量轉子的位置。由其輸出的3位二進制編碼去控制逆變器中6個功率管的導通實現換相。如果將一只霍爾傳感器安裝在靠近轉子的位置，當轉子N極靠近霍爾傳感器即磁感應強度達到一定值時，其輸出是導通狀態(tài)；導通狀態(tài)保持直到電機旋轉使得S極靠近霍爾傳感器并達到一定值時，其輸出才翻轉為截止狀態(tài)。在S-N交替變化磁場下，傳感器輸出波形占高、低電平各占50%。電機直流無刷電動機結構2.原理傳感器2傳感器1傳感器3電機直流無刷電動機結構2.原理如果轉子是一對極，則電機旋轉一周霍爾傳感器輸出一個周期的電壓波形，如果轉子是兩對極，則輸出兩個周期的電壓波形。直流無刷電機中一般安裝3個霍爾傳感器，間隔120度或60度按圓周分布。電機直流無刷電動機結構2.原理如果間隔120度，則3個霍爾傳感器的輸出波形相差120度，轉子旋轉180度后轉子磁極極性轉換，因此輸出信號中高、低電平各占180度。如果規(guī)定輸出信號高電平為“1”，低電平為“0”，則輸出的三個信號可用3位二進制編碼表示。每60度編碼改變一次。電機直流無刷電動機結構2.原理接下來要解決的任務是如何控制開關管導通關斷時間進而使所產生的六拍磁場與轉子位置相對應。即先利用霍爾傳感器檢測轉子位置，輸出能夠反映轉子位置的數字信號（真值表）再導入計算機中與開關管導通關斷相對應，最后PWM產生不同寬度的脈沖輸出到開關管，進而實現磁場和轉子磁極的同步控制。電機直流無刷電動機結構2.原理總結：直流無刷電機由電機本體、電子開關線路和傳感器三部分組成，單片機檢測到傳感器傳來的0、1信號，通過控制電子開關線路給電機本體按照順序通電1:A+C-2：A+B-3:C+B-4:C+A-5:B+A-6:B+C-電機直流無刷電動機結構2.原理電機直流無刷電動機結構電機直流無刷電動機結構3.原理總結1：直流無刷電動機是如何能動起來的呢？2：直流無刷電動機如何提高效率？3：如何改進電路連接方式？4：直流無刷電動機六狀態(tài)5：六狀態(tài)通電電路—電子開關線路6：如何判斷該是哪組線圈通電以及什么時候通電？—傳感器電機直流無刷電動機結構3.原理總結SSSNNNNN電機直流無刷電動機結構3.原理總結電機故障及更換/03電機故障及更換不銹鋼屏蔽門電機故障及更換電機故障及更換故障現象：單個滑動門關不上，電動機轉動聲音異常且轉動沉重。解決方法：更換的i電動機。電機—PWM技術/04電機—PWM技術電機—PWM技術電機—PWM技術前面我們講了電動機的轉動，但是沒有涉及到電動機轉動的速度，事實上屏蔽門并不是勻速開關門的，DCU是按照運動曲線用非勻速來開關門，屏蔽門開關門過程共分為4個階段：第一階段：加速階段（取N_on=4）第二階段：過渡階段（N_on自增都15）第三階段：勻速階段（N_on取15）第四階段:減速階段（N_on自增到30）電機—PWM技術電機—PWM技術這就需要電動機能夠變速，那么如何改變電動機運轉速度？無刷直流電動機可以運用PWM技術來改變電動機的速度。所謂的PWM脈寬調制，是靠改變脈沖寬度來控制出電壓，通過改變脈沖中高電平的寬度來改變輸出的平均電壓，從而控制電動機改變速度。電機—PWM技術電機—PWM技術脈沖寬度：即給予電壓的時間寬度，如下圖的1ms.占空比：即給予高電平電壓在整個周期中的比例，下圖中占空比為：1ms/（1+3）ms=25%.電機—PWM技術電機—PWM技術PWM控制電動機原理通過調制器可以給電動機提供一個具有一定頻率的脈沖寬度可調的脈沖電。運用PWM控制電動機的時候電源并非連續(xù)的向電動機供電，而是在一個特定的頻率下以方波的形式提供電能。不同占空比的方波信號能對電動機起到調速作用，脈沖輸入信號被平均分配到作用時間上，這樣改變占空比就能改變加載在電動機兩端的電壓的大小從而改變力矩來改變轉速。脈沖寬度越大即占空比越大，提供給電動機的平均電壓越大，電動機轉速就高。反之脈沖寬度越小，則占空比越越小。提供給電動機的平均電壓越小，電動機轉速就低。其實，PWM不管是高電平還是低電平時電動機都是轉動的，電動機的轉速取決于平均電壓。電機—PWM技術電機—PWM技術如上圖所示：設電動機始終接通電源時，電動機轉速最大為Vmax.設占空比為D=t1/T,則電動機的平均速度為Va=Vmax*D=Vmax*t1/T,平均電壓：U=Umax*t1/T其中Va是電動機的平均速度；由此公式我們可以看出我們改變占空比的時候就可以得到不同的調速目的。電機—PWM技術電機—PWM技術假設一個周期10ms中，9ms為低電平，1ms為高電平，問它的占空比為多少？如果該電機在占空比為100%的時候轉速為10轉/秒，你們現在它的轉速為多少？若要將其轉速調到2轉/秒，則應該如何改變占空比？占空比為：1/1+9=1/10V=10轉/秒*1/10=1轉/秒V=10轉/秒*2/10=2轉/秒電機—PWM技術電機—PWM技術PWM控制電動機原理調節(jié)占空比就能調節(jié)電動機的運轉速度，能調節(jié)電動機運轉速度就可以使得屏蔽門進行曲線運動。屏蔽門剛啟動時，PWM信號應給與較大的占空比，使得門控電機有較大的勵磁電壓，這樣提高啟動轉矩便于使屏蔽門開始運作，大概時間為0.3~0.6S，之后慢慢下降PWM信號的占空比，使電動機的電磁轉矩與阻力矩平衡，屏蔽門過渡到勻速階段，這是屏蔽門運動過程中的主要階段，也是發(fā)生障礙最頻繁的階段，此時如果發(fā)生夾住乘客現象，電動機應該瞬間制動，門瞬時泄力，防止夾傷乘客。電機—PWM技術電機—PWM技術當到達一定距離時PWM信號的占空比再次下降，門控電動機減速至停止，此時屏蔽門應運動到預先設置的位置，這樣就完成了一次開關門的動作。電機—PWM技術電機—PWM技術PWM在門控單元DCU中的應用：1：在DCU中對轉向電路三極管的通斷進行控制，使得電動機線圈得到一定占空比的電源。使直流無刷電動機速度可變，相當于在繞組的兩端加可變電壓。電機—PWM技術電機—PWM技術PWM在門控單元DCU中的應用：2:利用PWM控制技術，通過控制PWM信號的不同占空比，則繞組上平均電壓可以被控制，從而控制電動機轉速和力矩，在控制系統(tǒng)中采用DSP或單片機時，可利用器件中的PWM產生模塊產生PWM波形。電機—PWM技術電機—PWM技術PWM在門控單元DCU中的應用：3:根據轉速要求設定占空比，然后輸出6路PWM信號，加到6個功率管上。電機—PWM技術電機—PWM技術PWM波形由門控單元DCU控制和產生，門控單元DCU可以運用51單片機實現：可以用T0定時器中斷讓IO口輸出高電平，在這個T0定時器的終端當中起動定時器T1,這個T1是讓IO口輸出低電平。這樣通過改變T0和T1的初始值來改變PWM的占空比。在城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)中，常常用DSP作為控制單元DCU，DSP里有專門的PWM引腳。電機—PWM技術電機—PWM技術電機特性/05電機特性電機特性電機特性1.電機特性及參數以德恩科公司BG65X75電機為例，該電機具有以下優(yōu)點：（1）采用電子換向裝置取代傳統(tǒng)直流電機的機械式電刷換向器，在運行過程中無換向火花和電磁干擾，省去更換電刷的麻煩，免維護；（2）電子換向，基本無發(fā)熱現象；（3）運行平穩(wěn)、可靠，效率較高；

電機特性電機特性1.電機特性及參數以德恩科公司BG65X75電機為例，該電機具有以下優(yōu)點：（4）易實現PWM調速，能耗低，無干擾現象；（5）使用壽命長，連續(xù)運行時間可達50000h；（6）電機外殼防護等級為不小于IP54，絕緣等級為F；（7）選用負載負荷計算標準：兩個開/關門周期間隔最多120s。

電機特性電機特性門機系統(tǒng)BG65X75電機、SG80K減速機參數分別見表3-1、表3-2。電機特性電機特性門機系統(tǒng)BG65X75電機、SG80K減速機參數分別見表3-1、表3-2。門機控制器（DCU）/06門機控制器（DCU）門機控制器（DCU）門機控制器（DCU）門機控制器（DoorControlUnit，