无刷直流电机在核检修设备中的应用与分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 无刷直流电机在核检修设备中的应 用与分析 【摘 要】核电站检修设备的某 些作业区域属于高放射性区域，存在人 员不可达的工况，因此对设备的可靠性 要求极高。无刷直流电机由于其固有的 特性被越来越多的核检修设备所应用， 其控制方式具有通用性，维护方便。但 其在实际使用过程中也会发生飞车等不 可控现象，本文对无刷直流电机在特殊 场合下的应用与故障处理进行分析，对 提高核检修设备系统的可靠性有极大的 意义，能够有效减少核检修设备故障率、 降低人员受辐照剂量。 中国论文网 /8/view-12936551.htm 【关键词】无刷直流电机；检修 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 设备；维护；电机飞车 中图分类号： TM33 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2018）04-0127-002 Application and analysis of Brushless DC motor in nuclear overhaul devices GAO Hou-xiu HAN Jie XIN Lu WU Dong-dong （China Nuclear Power Operation Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430223，China） 【Abstract】The operation area of the nuclear overhaul devices belongs to the place with high nuclear radiation of the nuclear power plant. for humans， these positions are unreachable.So these overhaul devices need to be high reliability. Now brushless DC motors are being used more and more in these devices because of their own inherent advantages， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 Brushless DC motor control mode is versatile and easy to maintain. But in the process of actual use， there are？problems such as runaway of motors and so on.This paper analyses the application and fault treatment of Brushless DC motor on special occasions.This is of great significance to improving the reliability of the nuclear overhaul devices.it can effectively reduce the failure rate and reduce the dose of nuclear radiation. 【Key words】brushless DC motor， overhaul device， maintenance， runaway speed of motor 1 无刷直流电机的应用 核检修设备一般都是在对核岛内 部的关键设备进行检修时使用，由于辐 射环境的影响，其一旦发生故障会对核 岛O 施产生损伤，并会给设备使用及 维护人员增加额外的辐照剂量。从保护 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 核岛和人员安全的角度出发，核检修设 备的可靠性和可维修性一直都是体现核 安全的重要特性之一。核检修设备的驱 动方式一般分为电机驱动、气压驱动和 液压驱动。其中，电机驱动的应用最为 普遍。因此，选择核检修设备的驱动电 机就显得尤为重要。交流电机结构简单， 易于维护，但相对效率和可调节性都不 高；有刷直流电机由于电刷换向时的物 理接触，会产生噪声和电磁干扰，而核 检修设备主要利用超声和涡流两种无损 检测方法，噪声和电磁干扰会严重影响 超声和涡流信号。随着无刷直流电机性 能的提升，其效率高、干扰少、维护简 单的优势越来越明显，因此其在核检修 设备上的应用也越来越广泛。1核检修 设备种类众多，运动方式也是多种多样， 有的需要往复运动，有的需要在检修对 象上按路径规划不断变换姿态，这些都 需要电机频繁的进行方向切换，因此转 速和转矩的动态响应比较重要。无刷直 流电机在核检修设备的应用一般分为恒 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 定负载应用、变化负载应用以及定位应 用，比如对核电站蒸汽发生器传热管的 无损检测定位机器人来说，线性运动由 无刷直流电机驱动丝杠实现。结合其他 一些复杂的运动方式，使其在传热管管 板上爬行，从而将检测涡流探头送至待 检传热管内，这就属于典型的定位应用。 2 2 电机传动控制 核检修设备控制系统硬件一般采 用分布式总线控制结构，控制系统核心 硬件包括控制计算机、总线式 I/O 输入 输出模块以及运动控制模块，这些模块 一般均自带微处理器，可按照设定程序 独立运行。在各模块独立运行过程中， 运行控制计算机内的下位机运动控制软 件，通过串口总线形式分别与输入/输出 模块以及运动控制驱动模块进行数据通 讯，以实现控制命令的传输和设备运行 状态的采集。其控制架构组成如图 1 所 示。 无刷直流电机系统按照绕组反电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 势和电流波形分为两种类型：方波驱动 和正弦波驱动。由于运动控制卡所要控 制的对象为无刷直流电机，可将控制卡 配置成正弦波输出的伺服电机电流输出 接口形式和无刷电机轴输出方式。采用 直流无刷电机的线性伺服驱动器，驱动 器需要和电机的功率匹配，且可产生正 弦信号驱动无刷电机运动。相对于传统 的梯形波控制模式，正弦模式下电机的 运动较为平稳，力矩输出也更稳定，同 时可以达到更低的噪声效果。3 就无刷直流电动机基本结构而言， 可以近似于由开关电路、电动机以及位 置传感器组成直流供能的“电机系统” ， 其原理框图如图 2 所示。无刷直流电机 的换相以电子控制方式实现，要使无刷 直流电机转动，则需按一定的顺序给定 子绕组通电。核检修设备中常常需要高 精度伺服控制系统，可以采用可靠性优、 分辨率和精度高的增量式编码器或者霍 尔传感器作为位置信号传感器。 1 实验室的建设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 建设电子电工实验室的基础部分 便是实验仪器设备，这是实验室建设的 根基，需要资金的投入。实验需要购买 的仪器的有：稳压直流电源、示波器、 信号放大器、模拟（数字）电路实验箱、 高频电路实验箱、通信电路实验箱等等。 在选择仪器设备上应充分考虑电子电工 实验室课程本身的内容及特点，结合学 生的实际情况，应该从安全性、直观性、 实用性等视角去配置和建设实验室设备。 如选择透明设计的试验箱，据实际购买 发现，近些年来发现生产电子电工实验 教学设备的制造商都倾向于集成电路的 箱式实验设备。有些实验模块板子里面 集成了一些电流源和电压源， 实验箱 表面只能看到各种电子元器件所代表的 的符号，它把一些电容、电阻、二（三） 极管等都集成到实验模块板子里面等。 在实验教学过程中，学生只需将各种电 子元器件用导线连接起来就完成了实验 原理的验证。这样的教学结果就是导致 有些学生上完一学期的实验课还不清楚 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 各种元器件的样子。所以选择透明设计 的试验箱，让学生直观的看到实验箱上 各种电子元器件的连接，使学生在做实 验的过程中，不光对实验路线一目了然， 还增强了学生对线路及元件的认识，还 提高了学习兴趣。在实际使用过程中相 比较而言，很多进口的实验仪器设备可 以节约很大的人力成本，还可以使实验 精准度得到进一步提高。比如示波器国 外品牌有：美国 泰克（Tektronix） 、安 捷伦（Agilent） 、力科（Lecroy） 、福禄 克（Fluke） ，德国罗德&施瓦茨 （R&S ）等。可以为实验室带来更多的 实验项目，让实验室进入很好的实验良 性循环。 2 实验室管理 2.1 安全方面 在实验教学过程中，除了对教学 和科研的重视，安全环保方面也很重要 不容我们忽视。因为日常教学过程中大 多数电子电工实验室实验课都是带电操 作，实验操作要求学生们都应该先将实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 验相关器材连接起来再去接通电源。可 经实践发现很多学生为了方便都是直接 先通电再来连接实验器件，这样不规范 的操作会带来严重教学事故，轻则烧毁 元器件，严重的还会危及人身安全；所 以在日常实验课教学过程中，要求学生 做到“三严格 ”，即严格按照 “先接主回 路，后接控制回路” ，严格按照 “先接串 联电路，后接并联电路” 的规范化操作 要求逐步完成对电路通路的连接；严格 按照“有异常，先断电，后检查” 的规范 要求来处理紧急危险情况的发生，在日 常实验中如果遇到元件过分发热、异味、 冒烟、火花等不良情况，应当立即切断 电源，并请实验老师检查。待实验结束 后，要先切断电源，再按照顺序拆解电 路，整理好实验器材和实验台，最后关 闭实验室总电源开关，必须做到“人走 电断”。 有的学校，特别是一些民办学院 想节约教学成本，直接忽视实验室的安 全环保问题，投入严重不足，没有充分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 配备消防器材、灭火器、急救器材等， 而有的学校实验室虽然足额配备了相应 的实验消防器材，可平常都是锁在柜子 里，钥匙还不在实验室人员手里，却把 钥匙管理权交给学校保卫处，所以一旦 有事故发生时，不能第一时间投入使用， 就不能将损失降到最低。各高校应积极 培养员工的消防知识，每学期组织一次 消防活动演习，让员工学会使用一些消 防器材；各实验室还要制定出一些应急 预案，安全事故发生后，就不会陷于被 动局面显得束手无策。对于各实验室配 置的实验器材，要定期进行检查和维护， 不要长期不更换，只作为装饰。另外做 好“两断一关 ”工作，即实验室相关人员 每日下班后做好断电、断水、关好门窗 工作，并将每日检查情况登记在册，便 于日后工作核查。力求把实验室建成让 师生放心工作放心学习的安全教学场所。 2.2 制度方面 实验室的制度制定主要包括人员 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 管理制度、实验室仪器设备管理制度、 安全制度和实验室环境、学生实验守则、 工作档案管理制度等。例如学生实验守 则，各实验室应该根据各实验室的操作 性和特性，制定出与之相匹配的实验管 理制度，而一律的按照一种规格来制定； 例如人员管理制度，主要针对实验室各 类人员的各项事务进行规范及工作划分。 各实验室管理人员基本信息应贴置在相 关教室墙上，方便学生与管理员及时取 得联系；例如实验室仪器设备管理制度， 电子电工实验室相比较其它实验室教学， 会涉及到多种实验仪器设备，因此设备 数量也会增多，管理起来很不容易。 所以必须制定出一套相关的资产管理制 度并执行，有了相对健全的制度才可以 更好的保障教学工作的质量，并在日常 工作实践中继续改进和完善。 2.3 人员方面 电子电工实验室在管理过程中要 在教师培养方面多下功夫，可以对实验 室所有的工作人员进行人性化考核，掌 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 握人员素质不足，可以针对不足进行相 关培训，从而提高实验教学质量。单位 要积极组织实验教学人员外出学习考察 的机会，提高其综合业务水平，并且要 让其积极的参与到实验教学当中来，提 高其工作兴趣，并逐步改变实验人员在 实验教学中的从属地位，此外单位还应 提高实验工作人员待遇，因为在高校实 验技术人员的待遇普遍不高，工作任务 却很繁重。实验员除了日常的教学实验 之外，还有繁重的科研实验任务及其它 工作，因此学校不光要提高实验员的待 遇外还应积极制定相关职称评审政策， 让实验人员有归宿感，安心工作，自我 工作价值感得到提升。还能吸引更多的 高水平素质人才从事实验教学工作。 3 实验存在的一些问题 3.1 实验教学方面存在的问题 目前各大高校开设的电子电工实 验课大部分属于验证性和综合性的实验， 实验内容单一枯燥.在实验课上老师先给 学生们把实验理论和定理先讲述一遍， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 把原理图在黑板上