工业缝纫机电动机节能控制器研究

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摘要：工业缝纫机在纺织行业中具有重要的应用，传统的工业缝纫机采用离合器电机进行传动，能耗高、噪声大，浪费了大量的能源。本文设计了一种单相异步电动机节能控制器，能够有效地提高工业缝纫机电机的工作效率，降低能耗，具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：工业缝纫机；单项异步电机；节能控制器

工业缝纫机在纺织行业中具有重要的应用，通常工业缝纫机是采用电动机传动的，而离合器电机在缝纫机上的应用最为广泛。相比其他先进的电机，离合器电机存在高能耗、高噪声、高振动和高温升等缺陷，但是，由于其具有价格低的优点，因此长期以来其很难被其他电机取代，这种情况造成了大量的能源浪费，与当今社会“节能、环保”的发展趋势相违背，因此，通过对离合器电机井优化，提高其工作效率、降低能耗具有重要意义。根据相关研究数据显示，若全面启动电机节能工程，将电子信息技术应用到电机领域，开发设计“机电一体化”产品，并全面替换掉现有的传统交流电机，可以在保持GDP不变的前提下使全国的用电量降低15%～20%，这能够极大地减少能耗，推动我国的可持续发展。基于此，本文对工业缝纫机单相异步电动机进行改进，设计了节能控制器，能够有效地提高其能源利用效率，同时提高工业缝纫机控制器的智能化和节能化水平。

1单相异步电机简介

在工业缝纫机中，电机是重要的组成部分，其可以应用的电机种类很多，而离合器电机是应用最广泛的一种。离合器电机采取单相电源供电驱动的形式，是一种异步电机。其运行的原理如下：定子上单绕组所产生的是脉振磁势，分解所得到的是正、逆序幅值相等的旋转磁势。传统的离合器电机在工作过程中，需要通过离合来传递动力，这使得其开启后，不管工业缝纫机是否处于工作中，抑或是待机状态下，其都会一直处于运转状态，这样就导致电机会长时间的处于空载的状态下，工作效率低，浪费大量的能量。离合器电机具有明显的缺点，即输出效率比较低，通常输出功率只能够达到输入功率的40%左右。而在工作过程中，电机的输出功率不会根据所缝制的布料薄厚而改变，而是一直保持全功率的输出；而在缝纫机处于待机状态下时，电机依旧处于运行状态，此时，电机会通过离合器脱离荷载而空载运行，造成大量的能源浪费。此外，传统的离合器电机还存在以下其他方面的问题，包括标称偏大、电压偏高、运行周期经常变化等，由于其存在这些缺陷，导致其运行过程中容易出现振动比较大、运行效率低以及温升高等方面的问题，因此，该电机不仅能耗比较高，同时故障率也比较高，导致故障停机的时间比较长，这会使电机的使用寿命降低，导致电机的维护保养的费用增加。

2工业缝纫机的单相异步电动机节能控制器

基于传统的离合器电机具有的问题，本文对其进行了改进，设计了一种单相异步电动机节能控制器。图1为设置的节能控制器的硬件结构图。在这一节能控制器中，各部件的性能如下：整流滤波器，其作用是将电源输出的电流进行整流滤波处理，然后提供给功率变换电路；功率变换电路，其作用是驱动单相异步电机M运转。速度传感器E的作用是检测发动机的速度，并将获得的数据通过A/D转换器传输至控制电路。控制电路则是节能控制器的核心部分，其能够对整个装置的工作进行有效的控制，并且对线路进行有效的保护，在实际运行中，控制电路可以根据设定的要求对系统进行有效的控制，控制其他部分保持正常运行；同时，其可以通过控制功率变换的方式精确控制电机的转速，还可以对电压、电流等信息进行实时检测，确认电机的运行状态；控制电路的工作原理如图2中所示。在该系统中，分别设置了电流环和速度环，其中电流环的主要作用是对电机中电流的变换的进行控制，通过这样的方式，能够有效地降低转矩的脉冲，同时还能够有效地防止电机快速启动时出现过载电流的问题，对系统进行有效的保护；速度环则是对速度进行有效的控制。为了充分发挥电流环和速度环的作用，在系统中还设置了电流调节器和速度调节器。速度环和电流环之间采取串联的方式进行连接，内环为电流环，外环为速度环。电流控制器中应用的是积分微分(PID)控制器；速度控制器应用的是智能控制—模糊控制器形式，使用这两种控制器，能够起到非常好的综合控制效果，而且具有较强的鲁棒性，降低了干扰和参数变化等因素对控制效果的影响，有效地提升了控制效果。通过高效节能控制器对单相异步电机进行控制，可以有效地提高其工作效率，使其工作效率可以从原来的40%左右达到80%。在控制系统中，传感器负责检测电机的运行状态，并将其传递给嵌入式控制系统，其在获得电机运动的信息后，控制软件会根据实际工作情况对电机进行控制，调节其输出转速和输出功率，提高电机的工作效率。当系统检测到工业缝纫机处于待机状态后，系统会停止运行，这样可以有效地降低待机损耗；当电机处于轻载状态时，定子激磁电流主要为无功电流，此时，功率因素大约为0.1～0.2，处于较低状态。此时，在速度确定的情况下，通过降低电压的方式能够降低定子电流的无功分量，这样就能够提高功率因数。在其处于满载状态时，在给定的速度下，系统能够按照负载转矩的实际情况更改电压，这样可以有效地降低定子励磁无功电流，提高功率的因数。

3单相异步电动机节能控制器在工业缝纫机中的应用效果

通过应用这种控制器对单相异步电机进行控制，能够有效地提高其输出效率，使其输出功率可以达到80%左右。通过使用高效节能控制器，能够有效地降低电机运行过程中的无功功率消耗。在未设置节能控制器之前，工业缝纫机的离合器电机在空载状态下也会输出加到的功率，空载功率过大导致其工作效率比较低，而设置了智能控制器之后，可以在不影响电机工作时状态的情况下，智能地降低空载时的使用功率，同时，其还能够有效地降低电机的问题，通过测试可以发现，相较于未设置节能控制器之前，设置节能控制器可以是电机维度下降15～32℃，这样可以有效地减少马达线圈高温老化的问题，对于提高马达线圈的使用寿命具有重要作用，同时还能够有效地降低振动的水平，这能够降低磨损，缩短电机故障停机时间。此外，在设置节能控制器后，能够保证电机可以连续平滑的启动，有效地消除了常规启动方式伴随电机启动所产生的机械冲击和大启动电流，避免了常规启动方式对电机的影响。在节能方面，通过设置高效节能器，有效地提高了能源的利用效率，相关实践表明，在安装了高效节能器的单相异步电机的工业缝纫机，相较于传统电机，在空载时的节电率可以达到50%～70%，而在电机负载状态下，也就是在工业缝纫机缝制面料时，也可以实现10%～25%的节电率，具有非常好的节电效果。

4结语

通过应用高效节能控制器对工业缝纫机的电机进行改进，能够有效地降低马达的温度和振动水平，可以有效地降低整个车间的整体温度和噪音，在节能的同时能够有效改善工作环境。同时，还能够实现对电机运行状态的实时监测和调整，有效地降低了设备的故障率，使缝纫机处于良好的工作状态。总而言之，通过在工业缝纫机电机中应用节能控制器，不仅可以实现节能，降低生产成本，同时还可以降低环境污染，具有良好的经济效益和社会效益，对于提高我国工业缝纫机行业的竞争力，促进我国纺织企业的发展具有重要意义。

参考文献：

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[4]王安邦.工业缝纫机伺服控制系统的研究[D].合肥工业大学，2015.

作者：王黎阳 单位：台州弘胜电子有限公司