电动操作控制范文

电动操作控制范文（精选8篇）

电动操作控制 第1篇

1 电动机多保护启动控制电路

电动机多保护启动控制电路是指外围辅助设备必须达到工作要求时电动机才可以启动的电路, 图1中的SQ是一个限位开关, 起到位置保护作用, 辅助设备未达到位置要求, 电动机不能启动。根据工作需要, 也可是压力、温度、液位等多种控制, 当需要多种保护时, 可以将各种辅助保护器件的动合接点串接起来使用。

电动机多保护启动电路的启动过程是:合上QF开关, 电路通电, 但这时启动按钮SB2不会起作用, 因为起辅助保护的SQ动合接点未闭合;当设备达到位置要求时, SQ动合接点闭合, 此时按下SB2启动按钮, 控制电路 (相线L3→熔丝FU1→热继电器动断接点FR→起辅助保护的动合接点SQ→停止按钮SB1的动断接点→启动按钮SB2的动合接点→接触器KM的线圈→熔丝FU2→相线L2) 中有电流流动, 此时接触器KM的线圈产生磁场, 主接点 (在主电路中) 和辅助接点 (辅助电路中) 吸合, 电动机运转, 同时辅助接点会把启动按钮SB2的动合接点短路起来, 所以此时松开启动按钮SB2后, 电动机仍然会运转, 这就是所谓的自锁。如果在运行当中设备的位置发生了变化, SQ接点会立即断开, 上述控制电路中就不会有电流流动, KM接触器线圈产生的磁场消失, 释放接触器KM的主、辅接点, 电动机停止运行, 从而达到保护的目的。

实际接线图如图2所示:粗线代表主电路, 细线代表辅助电路, 类似FU1端子处的数字“1”表示此处的端子代号, 在接触器KM的线圈接线端子处也标有端子代号“1”, 端子代号相同的两端子之间用导线连接。

使用中常见故障及排除:

(1) 不能启动。检查控制电路的熔断器FU1, FU2是否接触良好 (用试电笔在1处、2处测量应亮) ;热继电器FR接点是否断开或接错 (用试电笔在3处测量应亮) ;外围设备的接点是否接通 (用试电笔在5处测量应亮) 。

(2) SB1停止按钮不起作用。停止按钮不起作用可能是接线有错, 错将接触器自锁线7号线接到5号线位置, 这样SB1将不起作用。

(3) 不能自锁。应检查接触器的辅助动合接点是否接触良好。接触器的接点接错了, 接成了动断接点。

2 电动机两地控制电路

为操作方便, 一台设备有几个操纵盘或按钮站, 各处都可进行操作控制。要实现多地点控制则在控制线路中将启动按钮并联使用, 而将停止按钮串联使用。

图3是以两地点控制为例, 分析电动机多地点控制线路。两地启动按钮SB12, SB22并联, 两地停止按钮SB11, SB21串联。

操作过程如下:

(1) 电动机启动。合上空气断路器QF接通三相电源, 按下启动按钮SB12或SB22 (以操作方便为原则) , 交流接触器KM线圈通电产生磁场, 使主接点闭合, 电动机运行。同时KM辅助动合接点自锁。

(2) 电动机停止。按下停止按钮SB11或SB21 (以方便操作为原则) , 接触器KM线圈失电, KM的接点全部释放, 电动机停止。

(3) 电动机的过载保护由热继电器FR完成。

电动机两地控制接线示意图如图4所

为了使电动机能够正转和反转, 可采用两只接触器KM1, KM2换接电动机三相电源的相序, 但不允许两只接触器同时吸合, 如果同时吸合将造成电源的短路事故。为了防止这种事故, 在电路中应采取可靠的互锁, 图5为采用按钮和接触器双重互锁的电动机正、反两方向运行的控制电路。线路分析如下:

(1) 正向启动。合上空气断路器QF接通三相电源;按下正向启动按钮SB3, KM1通电吸合并自锁, 主接点闭合接通电动机, 这时电动机的相序是L1, L2, L3, 即正向运行。

(2) 反向启动。合上空气断路器QF接通三相电源, 按下反向启动按钮SB2, KM2通电吸合并通过辅助接点自锁, 动合主接点闭合换接了电动机三相的电源相序, 这时电动机的相序是L3, L2, L1, 即反向运行。

(3) 互锁环节。具有禁止功能, 在线路中起安全保护作用。 (1) 接触器互锁:KM1线圈回路串入KM2的动断辅助接点, KM2线圈回路串入KM1的动断接点。当正转接触器KM1线圈通电动作后, KM1的辅助动断接点断开了KM2线圈回路, 若使KM1得电吸合, 必须先使KM2断电释放, 其辅助动断接点复位, 这就防止了KM1, KM2同时吸合造成相间短路, 这一线路环节称为互锁环节。 (2) 按钮互锁:在电路中采用了控制按钮操作的正反转控制电路, 按钮SB2, SB3都具有一对动合接点, 一对动断接点, 这两个接点分别与KM1, KM2线圈回路连接。例如, 按钮SB2的动合接点与接触器KM2线圈串联, 而动断接点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的动合接点与接触器KM1线圈串联, 而动断接点与KM2线圈回路串联。当按下SB2时, 只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电;当按下SB3时, 只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电;当同时按下SB2和SB3时, 则两只接触器线圈都不能通电, 这样就起到了互锁的作用。

(4) 电动机正向 (或反向) 启动运转后, 必须先按停止按钮使电动机停止, 再按反向 (或正向) 启动按钮, 使电动机变为反方向运行。

(5) 电动机的过载保护由热继电器FR完成。

电动三轮车安全操作规程 第2篇

1、工作前,穿戴好劳动防护用品,酒后严禁上岗。

2、电动三轮车必须专人驾驶,驾驶人员应具有机动车驾驶证。

3、车辆应车容整洁、安全防护措施（制动、喇叭、灯光）齐全有效、轮胎气压正常。

4、驾驶电动三轮车严格控制车速，满载时速度不得超过5公里/小时。

5、动车前必须彻底检查各部状态,确保车辆良好运用。

6、启动车辆时,应由低速向高速逐步加速,确保运行平稳。

7、驾驶电动三轮车必须严格遵守交通规则。

8、车斗内严禁搭乘人员。

9、运输货物必须做好固定,防止散落,严禁超载、偏载。

10、严禁易燃易爆物品与其它货物同车运输。

11、电量不足时使用者要及时充电，禁止凑合使用。至多到下午下班前停止充电或交代夜班人员（当夜班人员同意时）及时停止充电，如当日未充满，次日仍有原使用者负责充满为止。

12、严格按使用说明书使用电池和为电池充电,防止因使用不当,造成电池爆裂。

电动操作控制 第3篇

(1) 检查主回路的接线是否正确, 为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序, 在接线时应该使接触器的上口接线保持一致, 在接触器的下口调相。

(2) 检查接线无误后, 通电试验, 通电试验时为防止意外, 应先将电动机的接线断开。

故障现象预处理:

(1) 不启动。原因之一, 检查控制熔断器FU是否断路, 热继电器FR接点是否接错或接触不良, SB1按钮的动断接点是否接触不良。原因之二, 按钮互锁的接线有误。

(2) 启动时接触器发出“叭哒”一声就不吸合了。这是因为接触器的动断接点互锁接线有错, 将互锁接点接成了自己锁自己了, 启动时动断接点是通的, 接触器线圈得电吸合, 接触器吸合后动断接点又断开, 接触器线圈又断电释放, 释放动断接点接通接触器又吸合, 接点又断开, 所以会出现接触器不吸合的现象。

(3) 不能够自锁, 一抬手接触器就断开, 这是因为自锁接点接线有误。

4鼠笼式异步电动机Y-△启动电路

该电路电动机启动过程的Y-△转换是靠时间继电器自动完成的。

控制电路分析如下:

(1) 合上空气断路器QF引入三相电源。

(2) 按下启动按钮SB2, 交流接触器KM1线圈回路通电吸合, 并通过自己的辅助动合接点自锁, 其主触头闭合接通电动机三相电源, 时间继电器KT线圈也通电吸合并开始计时, 交流接触器KM3线圈通过时间继电器的延时断开接点通电吸合, KM3的主接点闭合将电动机的尾端连接, 电动机定子绕组成Y形连接, 这是电动机在Y形接法下降压启动。

(3) 当时间继电器KT整定时间到时, 其延时动合接点打开, 交流接触器KM3线圈回路断电, 主接点打开定子绕组尾端的接线, KM3的辅助动断接点闭合, 为KM2线圈的通电做好准备。

(4) 时间继电器KT动作, 使其延时动合接点闭合, 接通KM2线圈回路, 使得KM2通电吸合并通过自己的辅助动合接点自锁, KM2主接点闭合将定子绕组接成三角形, 电动机在△接法下运行。

(5) 电动机的过载保护由热继电器FR完成。

(6) 线路中的互锁环节有:KM2动断接点接入KM3线圈回路。KM3动断接点接入KM2线圈回路。

(7) 空气断路器的下面可以接上电流互感器和电流表, 测量电动机电流, 便于监视电动机的运行情况。具体接线示意图如图8所示。

安装注意事项:

(1) Y-△降压启动电路, 只适用于△形接线, 380V的鼠笼异步电动机。不可用于Y形接线的电动机, 因为启动时已是Y形接线, 电动机全压启动, 当转入△形运行时, 电动机绕组会因电压过高而烧毁。

(2) 接线时, 应先将电动机接线盒的连接片拆除。

(3) 接线时应特别注意电动机的首尾端接线相序不可有错。如果接线有错, 会出现启动时电动机左转, 运行时电动机右转, 甚至因为电动机突然反转电流剧增烧毁电动机或造成掉闸事故。

(4) 如果需要调换电动机旋转方向, 则宜在电源开关负荷侧调电源线相序, 这样操作不容易造成电动机首尾端接线错误。

(5) 如果启动时间过短, 电动机的转速还未提起来, 这时如果切换到运行, 电动机的启动电流还会很大, 造成电压波动。如果启动时间过长, 电动机的转速虽然提起来了, 但因启动时间过长, 电动机会因低电压大电流而发热烧毁。为了防止启动时间过短或过长, 时间继电器的初步时间确定一般按电动机功率1 kW0.6～0.8 s整定。

(6) 电动机Y-△降压启动电路, 由于启动力矩只有原来的1/3, 只适用于轻载或空载的电动机。

常见故障:

(1) Y形启动过程正常, 但按下SB3后电动机发出异常声音转速也急剧下降。

故障分析:接触器切换动作正常, 表明控制电路接线无误。问题出现在接上电动机后, 从故障现象分析, 很可能是电动机主回路接线有误, 使电路由Y形连接转到△形连接时, 送入电动机的电源顺序改变了, 电动机由正常启动突然变成了反序电源制动, 强大的反向制动电流造成了电动机转速急剧下降和异常声音。

处理故障:核查主回路接触器及电动机接线端子的接线顺序。

(2) 线路空载试验工作正常, 接上电动机试车时, 一启动电动机, 电动机就发出异常声音, 转子左右颤动, 立即按SB1停止, 停止时KM2和KM3的灭弧罩内有强烈的电弧现象。

故障分析:空载试验时接触器切换动作正常, 表明控制电路接线无误。问题出现在接上电动机后, 从故障现象分析是由于电动机缺相所引起的。电动机在Y形连接启动时有一相绕组未接入电路, 电动机造成单相启动, 由于缺相绕组不能形成旋转磁场, 使电动机转轴的转向不定而左右颤动。

处理故障:检查接触器接点闭合是否良好, 接触器及电动机端子的接线是否紧固。

(3) 空载试验时, 一按启动按钮SB2, KM2和KM3就“噼叭噼叭”切换不能吸合。

故障分析:一启动, KM2和KM3就反复切换动作, 说明时间继电器没有延时动作, 一按SB2启动按钮, 时间继电器线圈得电吸合, 接点也立即动作, 造成了KM2和KM3的相互切换, 不能正常启动。分析问题出现在时间继电器的接点上。

故障处理:检查时间继电器的接线, 会发现时间继电器的接点使用错误, 接到时间继电器的瞬时动作接点上了, 所以一通电接点就动作, 将线路改接到时间继电器的延时动作接点上故障排除 (时间继电器往往有一对延时动作接点, 还有一对瞬时动作接点, 接线前应认真检查时间继电器的接点是否连接正确) 。

隔离开关电动操作回路常见问题分析 第4篇

目前,随着变电站综合自动化技术的显 著提高,电动隔离开关得到了越来越多的关注与应用。在超高压变电站中,隔离开关通常有远程电动操作系统,同时配置了在现场紧急情况下启动的手动操作系统。因此,为了进一步控制与避免电气操作失误,确保电力系统正常运行,对隔离开关电动操作回路出 现的常见问题进行系统分析具有较强的现实意义。

1隔离开关介绍

隔离开关也可称为 隔离刀闸,在进行高 压装置检 修工作时,它可以在检修设备及其他部件之间构成一定的空气绝缘间隔,从而有效保证检修工作的安全。隔离开关的作用主要包括隔离、切断小电流和改变运行方式,其操作方式可分为手动 操作和电动操作两种,其中手动操作由工作人员完成,具有一定的危险性,要求工作人员具有丰富的经验,而电动操作不需 要工作人员亲临现场,具有方便、安全性高的优点,因此电动操作是目前主流的操作方式。然而,在进行电动操作时,隔离开关不具备监视回路,所以无法判断操作回路是否在正常运行。当隔离开关出现故障时,对故障的排除十分困难,需要花费大 量时间。因此,需要根据隔离开关的工作原理总结隔离开关电动操作回路的常见问题及解决方式。

2电动操作回路工作原理

隔离开关电动操作回路通常采用单相交流电源 或两相交流电源,它们在回路构成以及工作原理上基本一致,因此本文仅以单相交流电源回路为例进行分析。操作回路中 的电气闭锁和微机五防闭锁可以有效地防止电气误操作,其中电气闭锁是将相关的断路器和其他辅助接点串联起来形成的闭锁回路。此外,操作回路还具 有分闸按 钮、合闸按钮 以及停止 按钮等。在合闸过程中,接通合闸回路后,与合闸按钮并联的合闸接 触器的触点将保持接通,合闸接触器的常闭触点打开,分闸回路将处于闭锁 状态直至 完成整个 合闸过程。同 样,在分闸过 程中,合闸回路也将一 直处于闭 锁状态直 到整个分 闸过程顺 利结束。

3电动操作回路常见问题

电动操作回路主要是由脉冲触发回路和电机控 制回路组成,脉冲触发回路又有以下几个组成部分:分合闸继电器、时间继电器辅助接点、热耦继电器辅助接点、刀闸电机电源回路 监视继电器辅助接点、手合继电器辅助接点、闭锁回路 等。电机控制回路由以下几部分组成:整流器、浪涌吸收器、热耦合继电器、分合闸继电器辅助接点等。

由操作原理可知,脉冲发生器件故障可能引发隔离开关电动操作回路出现问题,进而使回路中各个组成部分都有可能发生故障。隔离开关故 障主要包 括发热、拒开、拒 合、设备短接等,此外,设备质量问题或恶劣的工作环境也会造成按钮 无法正常复位、带电元件之间受潮无法绝缘等问 题。其中,隔离开关发热故障主要是由于触头接触不良造成,发生此问题时需检查各接触点或刀口是否有温度异常现象以及绝缘器件是否氧化失效。拒开及拒合故障产生的原因类似,主要有控制回路异常、接触器接触不良、电机电源缺相等。设备短接 故障一般 发生在使用时间较长的设备中,由于对设备进行反复操作,逐渐造成接线端子的线头脱落或松动,最终导致电路短接。

一旦出现问题,应该对操 作回路的 通断情况 进行仔细 检查,逐一排查以缩小故障范围,发现故障原因,然后更换故障元件,接通回路。一般情况下,隔离开关电动操作回 路出现问 题的主要原因在于回路中某一相或两相拒动,不能正常分合。实际工作中经检测发现,电动操作失败往往是由于操作回路中的分合闸继电器出现损坏,其辅助接点运作不正常。只要对分合闸继电器进行更换,电动操作回路就能恢复正常工作。导致电动操作回路出现问题的原因还有很多,例如交、直流回路 发生故障,刀闸辅助接点出现问题,闭锁条件得不到 满足等等。因此,在日常工作中我们必须熟练掌握隔离开关操作原理,一旦出现操作问题应该马上查找故障原因,理清解决思路,采用科学方法进行逐一检查,有效解决问题。

4解决措施

在隔离开关电动操作回路出现问题时,首先应马上断开隔离开关的直流控制电源,从而使分合闸继电器断电失磁。在进行电动操作时是分合闸脉冲通过分合闸操控回路,通常情况下分合闸继电器辅助接点一经闭合,操作回路便带电自保 持,直到隔离开关分合结束之后才断电。如果在一相或多相分 合闸运作不正常后不立刻将直流电断开的话,将很有可能出现分合闸继电器发热并烧毁的情况。

电动操作回路出现故障后,通常会转 入手动机 械操作,因此必须尽快插入操作手柄,完成操作后将操作手柄放下,以尽量避免手动操作闭锁继电器长时间励磁运行而出现过热损坏的问题。在进行手动操作时,首先应检查设备编号以防误操作正常运行的设备。其次要检查断路器是否在断开位置,确认无误后应检查接地隔离开关是否完全拉开,确认其拉开到位后方可进行下一步操作。在进行手动操作时应注意控制操作时间,通常应将从第一 级挡板拨 开到整个 操作完成 的时间控 制在5min之内。

为避免隔离开关反复出现故障问题,在其日常维护工作中应认真做好操作机构箱的防潮及清洁工作,因为在比较潮湿的环境下继电器辅助 接点易出 现接触不 良、卡塞甚至 烧毁等问题,如果长时间处在潮湿环境中机械连接部分也会出现锈 蚀、老化。因此,日常的机构箱清洁工作对确保操作机构的正常运转具有至关重要的 作用,能在很大 程度上有 效降低故 障发生率,减少损失。

此外,在工作人员对隔离开关进行操作时应避免人为操作不当引发的故障。工作人员应严格按照变电操作要求认真 对设备进行操作及检查、维护等,杜绝由于个人或他人利益而 故意违规操作,造成设备故障。对于人为原因导致的 故障,操作单位应采取一定的措施,如规范操作流程及操作要求、加大监督力度、建立健全奖惩制度等。

5结语

总而言之,隔离开关是变电站内至关重 要的组成 部分,其操作问题是主要的运行安全隐患之一,一旦电动操作回路发生故障,将极易造成人身安全事故。因此,变电站内操 作人员应深入了解隔离开关操作原理,熟练掌握正确的操作方法,有效提升操作技术水平,做到能在第一时间采取故障补救措施,进行紧急处理;平时更需要对各种常见问题进行仔细排查,避免故障隐患的出现;同时,要做好变电站设备的日常维护工作,确保设备的正常运行。

摘要：首先对隔离开关进行了简单介绍,在此基础上分析了隔离开关电动操作回路构成及其工作原理,然后结合隔离开关实际运行状况及个人多年工作经验,对隔离开关电动操作回路的常见问题进行全面分析,并提出一些改进措施,以期为日后变电站运维工作的开展提供参考。

电动操作控制 第5篇

1.设计防水电动操作机构要重点解决的关键技术问题是

1.1电操机构的关键控制元件模块化

传统的电动操作机构关键元器件大多由交流接触器、中间继电器、组合端子排、熔断器、按钮、行程开关以及大量连接线等组装而成, 如图1所示。

这种设计与布置存在以下缺陷:二次接线复杂, 接点较多, 安装不方便且容易出错, 维护检修不方便。

另一种就是经过改良的, 将交流接触器、组合端子排、熔断器等进行集成化, 采用控制线路板+绝缘导线连接的方式, 如图2所示, 目前的施耐德SM6等柜体内部的电动操作机构控制均采用这种方式。

这种设计与布置虽然克服了接点多杂和检修不便的问题, 采用模块化的设计, 主控模块与辅助开关仍采用直接连接的方式, 不够简易, 不利于生产组装和现场安装。

总结上述的经验, 现在设计一种模块化的环网柜用电动操作机构的电气控制装置, 如图3所示, 包括:包括密封盒及与之配合的密封盖, 控制盒内设有PCB板, 该PCB板与盒体底部行程一密封空间, 该密封空间设置中间继电器、熔断器以及过压保护器, 中间继电器、熔断器以及过压保护器均电性连接至PCB板, 即将关键控制元器件集成在PCB板上, 并进行密封。控制盒内部的导线通过PCB板走线完成, 减少了导线连接, 外部引线借口采用可插拔端子, 插拔式接线端子底座上插接与之配合的插拔式接线端子插头, 将主控模块与辅助行程开关分离, 有利于生产组装, 现场安装更方便, 更换也更快捷。

1.2电操机构的电气控制部分防水抗凝露特性

环网柜安装在户外箱体中运行时, 由于箱体内外存在温差以及水汽的影响, 箱内容易产生凝露, 特别是在潮湿天气或早晚温差较大时尤为严重, 于是开关柜电动操作机构的电气控制部分由于暴露在空气中, 经常出现回路烧毁和继电器触点进水导致开关误动作或拒动。

上述的图3的方案, 如果只是采用密封盒将电操机构的主控部件及线路模块化装入, 时间长久后, 因温差产生的凝露在盒体内部仍然会使相关电子元器件产生腐蚀, 可靠性随时间下降。

采用环氧树脂胶等材料对设备内的元器件及印制组装件进行整体灌封, 是提高电子、电气设备的可靠性、安全性常用的一种有效的防护措施。而灌封材质、灌封工艺等的选择就显得尤为重要。

(1) 灌封材料

灌封材料是灌封技术的基础, 灌封工艺的每个环节都会依据材料特性开展。灌封技术在民用和工业产品上都有广泛的应用, 可选用的材料也是多种多样的, 常用的是各种合成聚合物, 其中环氧树脂是最具典型的材料。

由于单组份的环氧树脂胶在不增韧时, 固化物一般偏脆, 抗开裂和抗冲击的性能比较差, 根据我们以往在互感器产品上的灌封经验, 选择了该种阻燃型的5005双组份环氧灌封材料, 其特性如下:

(1) 适用于一般电子元器件灌封及线路板封闭, 可常温固化, 亦可加温固化。

(2) 常温固化过程中放热温度低, 固化物韧性和抗开裂性优异。

(3) 固化后表面光亮、凭证、固化物防潮和绝缘性能优异。

(4) 阻燃性能通过UL94-V0级。

从表1可以看出, 双组份配比5005环氧树脂胶已将材料固化时的收缩率由原2%下降至0.5%, 极大地减少了内部产生应力, 对电气指标尤其是工作频率的改变降至最小。更由于其黏度低、流动性好, 灌封时更容易达到PCB上的各个缝隙, 可将PCB严密地封装起来, 固化后的粘胶弹性好, 能吸收震动和抗冲击。

除此以外, 5005双组份的环氧树脂胶明显绝缘性能更优越, 抗冲击性更强。

综合以上分析, 我们选择略胜一筹的5005双组份环氧树脂胶作为灌封材料。

(2) 灌封

(1) 灌封方式

灌封的方式有两种, 一是人工灌封, 二是利用专用设备灌封。二者的优缺点在于:人工灌封费时费力, 配方不易精确控制, 难以保证批量的一致性。利用灌封设备则容易批量生产, 可靠性相对高。在前期未形成量产时, 我们采用设备搅拌配方保证混合和均匀性, 先用人工灌封的方式进行灌封工艺的测试。

(2) 配方及灌封管理

双组份的配方管理 (包含比例和用量) 和混合的均匀性是灌封工艺的又一个关键点, 比例失调、混合不均匀会造成配比后的硬度、弹性和附着性的减弱。

幸运的是, 借鉴以往双组份环氧树脂胶的使用和生产经验, 再结合表1的胶参数, 研究后该改进型的5005环网树脂胶采用制备工艺如下:环氧树脂5005A及固化剂5225BX-WX, 按照5∶1的重量比计量, 混合均匀后即可进行灌封, 在室温下固化1h~1.5h后, 观察灌封胶与PCB表面是否有湿气和气泡, 如有则采用热风枪加热5分min进行湿气和气泡的消除, 继续室温固化24h后, 产品可进行常规电测试。

对上述图3的电操控制装置进行灌封固化后, 所得的实物如图4所示。产品经测试符合GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求及DL/T404-2007《3.6k V~40.5k V交流金属封闭开关设备和控制设备》的要求。

图5为模块化、简洁化后前后的电操机构对比。

结论

随着行业发展, 电气控制单元小型化及产品“三防”能力提升都是一个系统的工程, 除上述问题外还有其他一些关键技术的解决和思考, 如: (1) 电操机构控制装置结构设计更简洁, 是否可融合电操机构进行一体化, 后续电操单元形成类似单一模块化的控制装置, 克服现有的机构模式; (2) 工业4.0发展的趋势之一是智能化, 能否设计自带智能通信和控制模块, 使高低压开关设备实现无缝连接和远程操控, 保证配电自动化功能的可靠实施, 从而确保城市配电网稳定供电。

摘要：环网柜用防水电动操作机构的技术原理是通过将电动操作机构周围控制单元模块化形成控制盒, 并引入环氧树脂胶灌胶工艺, 使该控制盒达到密封效果, 克服现有电动操作机构元件分散, 防水性和柜体中因凝露产生的电气腐蚀而造成可靠性差的技术问题, 从而确保城市配电网稳定供电。

关键词：防水,电操,控制,环网柜

参考文献

[1]厦门安达兴电气集团有限公司.智能防水电动操作机构[P].中国:201320309704.8, 2013-11-06.

电动操作控制 第6篇

关键词：电动汽车,电池更换式充电站,电池租赁模式

0 引言

环境和能源问题日益严峻,传统燃油汽车环境污染严重,能源消耗大,引起人们越来越多的关注与担忧。电动汽车具有节能、环保的优势,可有效缓解能源资源紧张、大气污染严重等问题。由于电动汽车具有能量转换效率高、舒适干净、噪声低、不污染环境、操作简单可靠及使用费用低等优点,被称为绿色汽车。电动汽车已经成为汽车工业发展不可逆转的潮流,其发展将分阶段不断推进。随着技术的不断进步,我国电动汽车应用重点将逐步从公共服务用车、微型电动汽车过渡到电动乘用车,并形成电动汽车发展的市场化机制,实现电动汽车的大规模产业化。笔者在王春光等人的研究基础上,在电池标准统一化、充电站建设结构、电池流通管理、电池充电方式优化等几大方面,就纯电动车电池更换式充电站的建设推广进行了一系列改良式思考。

能源供给是电动汽车产业链中的重要环节,能源供给模式与电动汽车的发展密切相关。目前难以推广的关键问题是电池容量有限与充电时间过长,但是目前存在着的问题恰恰就是电池制造技术、充电技术达不到我们日常使用的要求。电池更换式充电站很好地解决了目前我们遇到的问题。

1 纯电动车充电模式简介

根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性,电动汽车的充电模式存在一定的差别。对于充电方案的选择,当前纯电动车充电模式主要有:常规充电、快速充电和电池更换三种模式。

1.1 常规充电模式

蓄电池在放电终止后,应立即充电(在特殊情况下也不应超过24h),充电电流相当低,约为15 A,这种充电叫做常规充电(普通充电)。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电,一般充电时间为5~8 h,甚至长达10~20h。常规充电模式由于所用功率和电流的额定值并不关键,因此充电器和安装成本比较低;可充分利用电力低谷时段进行充电,充电成本相对较低;可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长,当车辆有紧急运行需求时难以满足。

1.2 快速充电模式

常规蓄电池的充电方法一般时间较长,给实际使用带来许多不便。快速充电电池的出现,为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。快速充电又称应急充电,是以较大电流短时间在电动汽车停车的20min至2h内,为其提供短时补电服务,一般充电电流为150~400A。快速充电模式充电时间短,一般可以在短时间内使电池储电量达到50%~80%。如某款锂电池电动车在330V快充电压下,20分钟即可充满80%电量。相对常规充电模式,快速充电技术仍不够成熟。快速充电技术对电池、充电设备的制造技术要求较高,并且会对电网造成不利影响,安全方面存在一定的隐患。

1.3 电池更换模式

电池更换模式又称地面充电系统,即电池组快速更换系统,也称机械充电。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大,更换电池的专业化要求较强,需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。利用电池更换充电模式,电动汽车用户可租用充满电的蓄电池,更换已经耗尽的蓄电池,有利于提高车辆使用效率,也提高了用户使用的方便性和快捷性;对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电,降低了充电成本,提高了车辆运行经济性。从另一个侧面来看,也解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题;可以及时发现电池组中单电池的问题,对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。这种模式应用面临的几个主要问题包括电池与电动汽车的标准化、电动汽车的设计改进、充电站的建设和管理以及电池的流通管理等。这种模式适用条件为:车辆电池组设计标准化和易更换;车辆运营中需要及时更换电池来满足运行,充电站中电池充电和车辆可实现专业化快速分开;由于电池组快速更换需要专业化进行,因而电池组快速更换模式只适用于专用的充电站。

综上所述,以上各种充电模式各有自身的特点和适用范围。因此,在应用中,可以将上述各种方法进行有机结合,以达到实际的行驶要求。

2 电池体系的标准化

日用小电器上的充电电池因为都是标准型号的,可备两套,没电时可换上另一套充好电的,就象液化气罐用空后可换回一个满罐一样,人们并没觉得不方便。同样道理完全可以用在电动汽车上,而且这应是在短期内从根本上解决电动汽车发展中的“瓶颈”问题的唯一方法,并可为其未来技术升级换代铺平道路。此方法的关键就是电池与电动汽车的标准化,尤其是接口标准的制定以及电池的可快速更换,并在各地广泛设立为电动汽车换电池的充电站。这些工作必须有全社会的统筹规划,需要政府机构主持协调管理和大力推进,并广泛深人地宣传。

电池问题的解决对电动汽车发展的推动作用要比只用限制排放及搭配销售等行政手段的作用大得多。如果我们换电池能象用空瓶换啤酒或用空液化气罐换满罐一样很方便地办理,那么电池问题就基本上解决了。因为这从另一个侧面解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶程长及价格等难题。现在面临的最大障碍将不再是技术上的,而是管理上的,这种统筹规划上的管理创新与进步是社会发展的必然趋势。其中要解决的几个主要问题是:电池与电动汽车的标准化、电动汽车的设计改进、充电站的规划建设和管理以及电池的流通管理等。电池的接口电压为12V的整数倍,其次每组电池的长宽高应有一系列(3-5种即可)的标准规格,电池的电极端子接口方式、接头规格和位置也应制定统一的标准。另外为了更换电池的方便及防止磕碰磨损,对电池的包装或捆扎方式应规定要求,要考虑到吊挂、固定、搬运的方便及防护等。对各种类型电池的最佳充电方式及常用快速充电方式的各种参数要求也应制定标准,以便能对充电器电路及程序进行合理设置维护,利于使用。对各种不同型号的电池蓄存的电荷量也应制定标准,对铭牌上额定蓄存电荷量进行管理(可分若干级别),进而对有关电池内部品质的各种生产工艺及技术参数进行监督控制,对生产企业进行技术水平及品质管理系列标准检验,通过颁发检验证书、生产许可证、产品检验标志及合格证和确定保修期限等手段来规范生产及流通企业,以保证流通中的电池品质都能达到要求。另外,对不同电池的定期检验及报废的标准和年限要制定管理制度。即使在短期难以实行电池在全社会流通更换的情况下,电池的标准化及易更换也是非常重要的。通过标准化工作,就可使电池的研究开发、生产和流通成为电动汽车生产使用发展中的一个相对独立的环节,能够集中到专业化的厂商和机构中去解决,并且电动汽车用户还可随时通过对车载电池的更新升级的办法来提高车的性能,甚至飞轮电池或燃料电池都可能通过标准接口装人普通电动汽车。

电池制定的外部标准同时也是为电动汽车及充电站制定的,因此应通盘考虑、统一实施。除了与电池接口的电压、接头方式、规格和电池栅格的大小规格配套外,车上还应有电压、电荷量、电流测量及剩余电荷量可驶程长估测显示等必要装置,以及对应充电站用及家用,包括常规市电等不同插头的外接电源充电装置。为适应电池的快速更换,应专门设计电池箱,尤其是箱盖、装夹固定方式等,甚至可以在盖上盖的同时便自动接通接口端子,并对漏液、碰撞等情况采取防护措施,防止意外损害。例如轿车电池一般可置于前箱或后箱等方便之处,也可前后箱都有,或置于底盘中部,并设计类似抽屉的可滑出装置;货车置于可翻转驾驶室或货箱下等。为推进标准化工作,车用电机的规格标准要形成系列基本型号,满足使用和大批量生产要求。通过标准化及社会流通更换等手段解决了电池问题后,衡量电动汽车性能及品质的最重要指标将不再是一次充电行驶程长,而是程长耗电荷量或电荷量行驶程长、电池箱的容积、最高车速、加速性、载客(质)量、舒适性及行驶性等指标。

3 电池更换式充电站的规划建设

最初的充电站应由政府机构组织设立。电站主要组成部分有:

(1)停车场及电源插头。为满足使用自带电池和不急于更换电池的顾客充电需要,应开辟车辆充电停放地及相应电源插头。同样,在其它各地停车场也应设置带电表计费的充电接头,使用后交付停车费及电费,这种电费要比换电池电费略便宜些。

(2)电池更换及周转接待处。蓄电池沉重,更换须用半自动小型吊车或吊架装置,可由现有汽车修配厂等处常用的类似设备改装或专门设计批量生产。电池须用专门的(多层)周转车或传送带进出充电库房,在专门台架上或周转车上接上电源充电。

(3)电池充电及存放的库房。充电站内可采用电脑控制的大型充电设备,可同时为几十至几百个不同型号电池按各自最佳的标准化电流程序同时充电,手动或自动识别电池种类,按电荷量计费。小型充电站可采用较简单的充电设备,但必须保证能对各类型电池充足电。

(4)工作人员休息和操作监控室及车辆检修站。由于电池的易取放也使充电与修车能很方便地分开同时进行。

由于更换电池相对于快速充电来说更加节省时间,因此电池更换式充电站可节省一定的停车空间,而这对于在寸土寸金的城市里的推广建设来说,具有很重要的意义。电动汽车充电站的分布可以参考建设部《城市道路交通规划设计规范》(1995)中的加油站服务半径规定,结合电动汽车自身的运行特点以及各区域的计算服务半径按实际需要设定。由于各交通区域的交通密度不一样,反映充电站网点密度的服务半径也各不相同。

电站的收取原则上按照充入电池的电量来计算。通常生产厂家应在铭牌上标明电池电荷量,管理部门对各型号电池所充电荷量的额定值与最低值也应做出规定,电荷量已达不到最低限额要求的电池应做报废处理,这样就可以按不同电池的额定电荷量值收费。一般用户可用车上电压表等仪器按电池充电电压特性直接测量出是否充足电,在行驶中则可准确测量出其输出的电荷量。

4 电池的流通管理

应根据蓄电池本身性能及寿命特点和电动车使用的需要,研究电池的流通办法。比如采用租赁或押金等方法。以押金方法为例,对各型号电池依据其价格、电荷量等不同档次制定每个或每组电池的押金数额,由各充电站连锁公司统一购入合格电池。打上标记,进人流通。用户也可用自行购入的合格电池经检验打上标记后进人流通,以免交押金。换用高档次电池应补交押金。按规定定期对电池进行性能检验,对合格电池进行标记后继续使用,不合格的进行报废处理。在保修期内出现的质量问题由厂家负责调换。为防止污染和资源浪费及废旧电池非法进入流通,报废电池应由专业厂家统一进行回收、分解和重新利用。

电池的送检工作原则上都由充电站负责,由专门机构管理和检验。如每年在固定月份检验,顾客在此期间应要求充电站更换已检验合格的电池。期限过后,流通中的电池应都是检验合格的。每个充电站每个周期送检数量应大于其流动库存一定比例,旧户也可自行送检一部分电池。充电站可能产生的各种问题,如不愿送检、以次充好、充电不足及不同电池统一流通中的矛盾等,要靠逐步完善管理法规来解决。

对于车辆生产厂来说,一般可销售无电池的电动车,由顾客到充电站自行交押金办理电池使用手续。为了促销,商家可办理一条龙服务,甚至搭配电池销售电动汽车。我国轿车还未全面普及,这时如能下定决心,通过政府大力提倡并用政策引导,全社会科学地统筹规划管理,率先全面发展环保车辆,特别是电动汽车,不重走严重污染与资源浪费的弯路,将对我国乃至全球经济的可持续健康发展及环境的保护做出巨大贡献。

5 结束语

综上所述,建设电动汽车电池更换式充电站在目前科技水平下具有广泛的可操作性,电池更换式充电站的建设变相解决了电动车推广的两大难题———电池制造技术和充电技术,但并不意味着电池更换式充电站是纯电动汽车永远的最佳充电方式。随着科技的进步,电池制造技术和充电技术将不断改进和完善,有可能人们再也不需要更换电池,只是用以前换电池所使用的时间就能实现电池的高效充电,那时候也许就不需要电池更换式充电站。但是科技的发展是需要时间的,以目前的科技水平,离以上的假设还有不小的距离,因此更换电池的充电模式仍是当今电动车推广的快捷方式。并非所有的电池都可以二次充电,燃料电池由于其零排放、高效率和资源可再生等特点越来越受到业界的认可,完全有可能开发出适于电动汽车使用的燃料电池。而大部分燃料电池都不具有二次充电性,因此电池更换式充电站完全可以转型为燃料电池更换式充电站,如此无论是国家投资还是个人投资兴建的大批电池更换式充电站将可继续为燃料电池式电动车服务并持续产生效益。

参考文献

[1]王春光.电动汽车发展的根本出路—标准化、快换电池与统筹管理[J].研究与开发,1999,(1):20-21.

[2]张文亮,武斌,李武峰,来小康.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J].电网技术,2009,(2):1-5.

[3]徐凡,俞国勤,顾临峰,张华.电动汽车充电站布局规划浅析[J].华东电力,2009,(10):1678-1682.

[4]麻友良,陈全世.我国电动汽车发展问题探讨[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2002,(3):280-283.

电动操作控制 第7篇

随着汽车拥有量的逐年增加, 汽车废气排放及对石油资源的过度消耗所引起的能源、环境问题日益严重[1]。世界各国一直致力于研究开发和推广使用各种低排放或者零排放汽车, 以解决空气污染问题[2,3]。电动汽车是目前最适合的绿色交通工具[4]。但随着电动汽车的逐步推广以及电动汽车技术的日益发展, 其发展受电能补给模式影响的问题也日益突出[5]。

目前, 电动汽车电池更换模式主要有手动、半自动以及全自动3种。手动电池更换模式的特点是整个电动公交车电池更换的过程完全依靠专业技术人员借助于升降小车的人工操作。该模式原理简单, 更换速度慢, 安全性差, 无法实现电动公交车机械电池更换的规模化、商业化推广应用。半自动电池更换模式采用人工控制助力机械臂从电动公交车上取放电池, 堆垛机从充电架上取放电池, 2套设备经过中转平台实现电池衔接。该模式的优点是设备结构简单, 对位准确, 运行可靠;缺点是充电架无法密封, 设备占地面积大, 自动化程度低, 人工干预过多。全自动电池更换模式的特点是整个过程无需人工干预, 自动化程度高, 更换速度快, 可实现电动公交车机械电池更换的商业化、规模化推广应用。

目前的全自动电池更换模式主要包括快换手旋转换电、圆周轨道换电以及多轴机器人旋转换电3种方法。快换手旋转换电方法中, 电动公交车与快换手旋转换电机器人以及充电架保持相对平行, 快换手旋转换电机器人可进行整体180°旋转, 最多可实现4块电池的同时更换。目前, 该模式已成功运用到北京奥运会、上海世博会、广州大运会、青岛薛家岛等电动汽车充换电站中[6,7,8]。圆周轨道换电是指待更换电池的车体与充电架位于圆周轨道的两侧, 堆垛机沿圆周依次从车体和充电架上取放电池[9,10]。该方法已成功运用于北京航天桥充电站。多轴机器人旋转换电[11,12]可实现整体更换设备的180°转动, 完成电动公交车与充电架间新旧电池的更换。以上方法普遍存在的问题是, 更换电池过程需要多次定位, 更换动力电池时间较长;相关换电设备的高度受限, 不能满足大规模集中式换电站的需求;电池更换过程中, 电池必须进行180°旋转, 增加了电池更换系统工作空间;充电架不能封闭, 降低了电池使用寿命等。

本文所采用的平移换电方法是在总结以上方法的基础上提出的一种新型全自动换电方法。采用直角坐标机器人和堆垛机分别从电动公交车和充电架取放电池, 而中转台作为2套设备电池取放“纽带”。与传统的方法相比, 该方法的优点是, 设备质量轻, 占地面积小, 充电架可密封, 充电环境温度可控, 对车体停靠位置要求低, 无更换过程中的机械干预问题。该方法的顺利实现需要直角坐标机器人和堆垛机等换电设备交互配合, 完成协同操作, 涉及机器人定位[13,14]、多机器人协同操作[15,16,17,18,19]、多传感器融合[20,21,22,23,24]、控制系统设计和工艺流程实现等多个研究领域。本文主要从快速换电系统结构、为实现换电工艺对机器人所采取的措施以及换电流程设计等方面论述了所采用的技术手段。

1 快速换电系统结构

1.1 总体结构

快速换电系统由直角坐标机器人、堆垛机和电池充电架及充电架底层中部的中转台等设备组成, 这些设备均可与控制台通信。电池充电架底层设置4个中转台, 可实现直角坐标机器人与堆垛机取放电池的合理衔接。电动汽车快速换电系统结构示意图如图1所示。

系统利用堆垛机使动力电池在充电架和中转台间交换;利用直角坐标机器人使动力电池在中转台和电动汽车间交换, 使其完成快速更换动力电池的工作。换电设备对称分布于受充电的电动汽车两侧, 适用于电动汽车两侧动力电池同时更换。

由于快速换电设备与充电架之间的平面布局结构特点, 可使充电区与换电区完全隔离, 从而可以方便实现充电区的恒温充电, 保障电池充电过程的温度控制。

1.2 直角坐标机器人

直角坐标机器人完成电动汽车与中转台间的电池交互, 包括水平移动 (X轴) 、货叉伸缩 (Y轴) 、快换机械手伸缩、竖直升降 (Z轴) 、角度微调 (R轴) 、俯仰纠偏 (T轴) 6个方向的自由度。其中:X轴采用水平直线导轨的机械结构, 在交流伺服电机驱动下实现直角坐标机器人的水平运动;Y轴采用齿轮齿条的机械结构, 在交流伺服电机驱动下可实现电池托盘的伸缩运动;Z轴采用钢丝绳牵引的机械结构, 在交流伺服电机驱动下可实现直角坐标机器人的整体升降运动;R轴采用交流伺服电机驱动四连杆的机械结构, 可结合电动公交车停靠的位置完成电池托盘的±5.0°范围内的角度微调, 从而能够有效克服快速换电系统对车体停靠位置的依赖;T轴采用交流伺服电机驱动涡轮蜗杆的机械结构, 可实现电池托盘单侧高度方向±3.0°范围内的角度微调, 解决了电动公交车电池左右必须在同一高度上的问题, 同时, 也克服了电池在吸取过程中因电池移动所引起的机械干预。

在设计直角坐标机器人时, 主要考虑了以下因素: (1) 由于电动汽车内电池距离地面较低, 机器人可从较低位置取放电池, 实现低位取放电池; (2) 机器人能够根据电动汽车停靠的位置, 修正机器人的Y轴行进方向角度偏差 (以电动汽车内电池外箱为最终目标) , 实现角度微调; (3) 根据电池外箱与地面的夹角, 修正机器人X/Z方向角度偏差, 实现俯仰纠偏; (4) 在取放电池时, 由于电动汽车电池负载重量的变化, 引起车身高度变化, 机器人能够实时追踪该变化并进行相应调节, 实现更换过程中机器人与车身高度变化的同步。其中, 角度微调 (R轴) 和俯仰纠偏 (T轴) 2个自由度, 可通过自动调整以适应车体姿态及电池外箱位置, 克服了机器人对车体停靠位置的依赖, 并解决了电池外箱必须与地面保持水平的问题。

直角坐标机器人结构如图2所示。

直角坐标机器人的快换机械手上包含2个电磁吸盘和2个机械锁, 用于吸附车体内部的电池及实现电池外箱的有效闭锁, 实现电池位置的有效固定。

直角坐标机器人具有支撑横梁、俯仰驱动机构、水平旋转机构和电池推送机构。电池推送机构设置于水平旋转机构上部, 包括电池推手。压力传感器分布设置在支撑横梁两侧, 同时, 超声波传感器分布设置在压力传感器内侧。

在相对堆垛机的载物台上, 安装两轴旋转机构, 实现对电动汽车取送电池时的姿态调整。汽车进站换电时需要进行行进方向偏差 (水平夹角) 调整和车内电池与地面夹角 (俯仰夹角) 的自动调整。

以上机构布置从下往上依次为适应水平夹角的水平旋转机构、向电动汽车和中转台2个方向伸缩的电池推送机构、用于调整与车内电池箱体夹角的俯仰夹角调节机构、向汽车车内推送动力电池的电磁推手 (即图2中的电池推手Ⅱ) 。电磁推手与堆垛机上的电磁推手结构类似, 只是增加了2个超声波测距传感器 (测量水平夹角) , 2个压力传感器配合贴在汽车内电池外箱的反光板上, 测量俯仰夹角, 并能够在车内取送电池过程中跟随车身高度变化实现随动功能。

此外, 直角坐标机器人还采用视觉、超声、色标、光电、拉力、扭矩等多传感技术的综合应用, 提高了整个系统的精确性及自动化更换效率[20,21]。传感器在直角坐标机器人上的分布见附录A图A1。视觉传感器与电池外箱的靶点反光板相对应, 用于跟踪并计算出靶点反光板中心点的位置偏差, 进而驱动直角坐标机器人到达X轴和Z轴方向上的准确位置。超声传感器用于采集直角坐标机器人快换机械手与电池之间的距离信号, 进而驱动直角坐标机器人到达Y轴方向上的准确位置。色标传感器用于采集解锁位置信息 (红色为闭锁, 白色为解锁) , 为解锁电机提供信号。光电传感器用于检测原点、水平极限位置, 确定直角坐标机器人的X轴方向上的准确位置。拉力传感器用于测量钢缆的实际拉力, 提供钢缆过载保护。扭矩传感器位于伺服电机内部, 提供电机过载保护。

1.3 堆垛机

堆垛机由水平移动单元、位于水平移动单元上部的承重单元以及承重单元上部的载物台构成, 可进行包括X轴水平移动、Y轴前后伸缩、Z轴上下升降3个自由度方向的运动, 不同方向的运动都是由交流伺服电机驱动。

承重单元由上横梁、下横梁和2根立柱组成门式结构。上横梁上设有2组导向轮, 2组导向轮之间夹有安装在充电架上的天轨, 天轨上安装有滑触线槽和水平认址片;2根立柱上设有若干电机驱动的绞盘, 绞盘上缠绕有钢丝绳, 钢丝绳的下端连接于载物台上;立柱上设有纵向认址片。通过认址片标定, 可实现对充电工位的标定, 保证堆垛机能够准确对准每个充电货位。

水平移动单元包括位于地轨上且与电机减速机相连的滚轮和随动滚轮。地轨端部设有限位撞块。

在载物台的下部设有多组导向轮, 载物台上有电池驱动机构, 在电池驱动机构上设有电磁推手Ⅰ。电磁推手Ⅰ可利用电磁铁吸附将动力电池推送进入充电货位或中转台中。

堆垛机结构如图3所示。

堆垛机主要完成中转台与电池充电架单元之间的电池交互, 由西门子可编程逻辑控制器 (PLC) 系统控制。堆垛机与直角坐标机器人控制部分原理相似, 只是由于中转台和电池充电架单元的电池位置是固定的, 因此可简单地采用视觉传感器通过辨识电池充电架单元标识码, 确定中转台和电池充电架单元位置, 即由工业摄像头记录充电架上对应充电架单元位置的标识码, 再由PLC控制系统计算并获取充电架单元号码信息, 进而驱动堆垛机运动到预定充电架单元位置取放电池。由于中转台和充电架单元的电池位置是固定的, 堆垛机无需过多调整, 其工作原理比较简单, 易于实现。

1.4 电池充电架

电池充电架工位分为9行12列, 其顶端安装堆垛机天轨, 正面安装快换机械手天轨;底层分布4个中转台单元, 用于电池充电架和中转台间的电池交互;电池在电池充电架单元上定位锁紧;同时为今后的电池梯级利用预留了部分仓位。电池充电架高度可根据需要扩展, 占地面积小, 可成倍提高单位面积的电池储存能力。电池充电架结构如图5所示。

充电架设计为整体充电区域与外部换电区域密封隔离, 将充电环境控制在温度 (25±5) ℃及湿度75%范围内。充电架的恒温控制, 保证了磷酸铁锂电池的最佳充电性能, 避免了开放式环境下充电时环境温度变化对电池使用寿命的不良影响, 解决了北方冬季气温0℃以下时, 动力电池无法充电的难题。

1.5 中转台

中转台是指位于充电架上的若干中转台货位, 每个中转台货位上均设有带滚轮的导向轨道, 与每个中转台货位相对应的框架上均设有一个解锁机构。在解锁机构上有定位传感器和减速传感器, 其中定位传感器安装于中转台货位两侧框架上的导轨支撑座前端, 用于接收位置信号。中转台结构如图5所示。

1.6 控制平台

操作人员通过控制平台触摸屏操控设备, 进行系统初始化启动和急停等操作。控制平台通过串口转无线局域网连接直角坐标机器人和堆垛机控制器, 完成控制信息的实时交互。

2 控制系统设计

2.1 主控单元设计

主控单元为一工业控制计算机, 提供整个换电系统的后台监控。一方面, 与2个直角坐标机器人实时交互, 控制两侧机器人的运动节拍, 防止电池装卸过程中车体单侧倾斜现象的发生;另一方面, 与堆垛机实时交互, 提供堆垛机取放电池的充电架单元位置, 协调直角坐标机器人与堆垛机取放电池的配合衔接。同时, 主控单元采集电池组电压、电流、温度等信息, 利用遥控手柄实现单步故障解决和示教轨迹规划, 利用触摸屏启动和紧急关闭直角坐标机器人与堆垛机。

直角坐标机器人控制部分采用西门子S7-300-315PLC, 整合了位置控制模块、高速计数模块、模拟量和数字量模块、CPU模块等部分。位置控制模块驱动6个自由度方向交流伺服电机动作, 通过高速计数器采集电机反馈的码盘值, 构成闭环控制系统[20,21]。

整套换电系统能够以自动、半自动和手动方式进行电池更换操作。

2.2 电池更换系统工作流程设计

2.2.1 系统总体换电流程

要完成换电—充电的操作, 需要通过控制系统协调直角坐标机器人、堆垛机、电池充电架等设备。电动汽车动力电池更换流程如图6所示, 图中箭头上的数字表示步骤编号。当车驶入换电站, 监控系统通过换电站门口的射频识别 (RFID) 装置检测电动汽车的RFID信息, 同时将换电信息 (包括立库上电池取放位置等) 通知给快速换电系统。快速换电系统校验无误后, 启动堆垛机, 分别将3块充好电的电池放入中转台相应位置。当车就位后 (3块电池已放入中转台) , 操作人员点击操作台上的启动按钮, 开始按照以下步骤进行更换。

步骤1:车就位前, 堆垛机将立库上充好电的电池1 (设定按照1至5顺序取立库上充好电的电池) 放入中转台2。

步骤2:车就位前, 堆垛机将立库上充好电的电池2放入中转台3。

步骤3:车就位前, 堆垛机将立库上充好电的电池3放入中转台4。

步骤4:车就位后, 直角坐标机器人启动, 将电动汽车上电池A (设定按照A至E顺序分别更换电动汽车上的电池) 放入中站台1, 读取电池A的ID号放入内存区, 将电池A充电次数写入RFID标签。

步骤5:直角坐标机器人将中转台2上的电池放入电动汽车A的电池位置;堆垛机将中转台1上的电池放入立库待充电电池位置1。

步骤6:直角坐标机器人将电池车上的电池B放入中转台1, 读取电池B的ID号放入内存区, 将电池B的充电次数写入RFID标签;堆垛机将立库上充好电的电池4放入中转台2。

步骤7:直角坐标机器人将中转台3上的电池放入电动汽车电池B位置;堆垛机将中转台1上的电池放入立库待充电电池位置2。

步骤8:直角坐标机器人将电动汽车上电池C放入中转台1, 读取电池C的ID号放入内存区, 将电池C的充电次数写入RFID标签。

步骤9:直角坐标机器人将中转台4上的电池放入电动汽车C的电池位置;堆垛机将中转台1上的电池放入立库待充电电池位置3。

步骤10:直角坐标机器人将电动汽车上电池D放入中转台1, 读取电池C的ID号放入内存区, 将电池D的充电次数写入RFID标签;堆垛机将立库上充好电的电池5放入中转台3。

步骤11:直角坐标机器人将中转台2上的电池放入电动汽车电池D位置;堆垛机将中转台1上的电池放入立库待充电电池位置4。

步骤12:直角坐标机器人将电动汽车上电池E放入中转台1, 读取电池E的ID号放入内存区, 将电池E充电次数写入RFID标签。

步骤13:直角坐标机器人将中转台3上的电池放入电动汽车电池E位置;堆垛机将中转台1上的电池放入立库待充电电池位置5。

2.2.2 直角坐标机器人从电动汽车取放电池流程

直角坐标机器人取放动力电池, 依靠2个压力传感器与车内电池外箱上对应的2个反光板进行定位, 自动进行俯仰夹角修正, 同时将电池推送机构伸出, 2个超声测距传感器工作, 自动进行水平夹角修正。

电池推送机构伸出到位后, 由电磁推手将电磁铁吸住动力电池外箱对应位置的衔铁。具体来说, 动力电池解锁机构解锁, 电磁推手将动力电池拉出, 进入电磁推手的导向轨道上。同时, 在该过程中, 由水平旋转驱动、俯仰驱动来驱动机器人承载动力电池的导向轨道, 进行相应竖直方向运动以适应汽车车身高度的变化, 保证直角坐标机器人始终对准电池外箱上的反光板, 实现随动功能。电池推送机构收回到原位, 完成取电池流程。反之, 完成向汽车内送电池的过程。

2.2.3 直角坐标机器人从中转台取放电池流程

1) 机器人进行水平及竖直方向运动, 对准中转台中充电货位1 (中转台上的导向轨道与机器人上的电磁推手所在的导向轨道对齐) 。

2) 将电池推送机构伸出, 同时, 带动动力电池送入中转台。

3) 解锁机构动作, 将动力电池锁在中转台上。

4) 电磁推手脱开电池。

5) 待导向轨道下降到一定高度后电池推送机构收回, 完成放电池流程。

从另一处中转台取出动力电池流程相反。

堆垛机从中转台取放电池流程以及堆垛机从充电架取放电池流程与直角坐标机器人从中转台取放电池流程相近, 这里不再赘述。

3 系统运行情况

目前, 该快速换电系统已成功应用于山东省临沂市焦庄电动汽车充换电站, 已累计实现充换电36 000次, 充电电量5.6GW·h。与其他换电系统相比, 该系统的突出优点如下。

1) 采用多机器人协同换电技术, 可靠性和稳定性高, 更换速度快。此外, 系统占地面积小, 设备费用低。

2) 直角坐标机器人和堆垛机可适用于不同类型车体和电池的更换, 系统的整体通用性强。

3) 随动控制技术提高了机器人对换电过程车体高度落差变化的适应能力, 提高了电池更换过程的安全性和准确性。角度微调、俯仰纠偏2个自由度克服了机器人对车体停靠位置的依赖, 并解决了电池外箱必须与地面保持平行的问题。

4) 实现了电池充电架的全密封, 确保了充电环境的温度可控性。

系统实际应用情况见附录A图A2。

经过电动汽车充换电站的实际运营, 充电区域环境可控制在温度 (25±5) ℃及湿度75%范围内, 单个电池更换时间不超过2 min, 整个电动汽车电池更换时间控制在10min以内, 满足了国家电网公司电动汽车充换电站的技术要求[25]。

4 结语

本文介绍了电动汽车充换电站中换电系统的结构和控制方法。设计了具有六自由度、多传感器的直角坐标机器人和三自由度的堆垛机和电池充电架等设备。为保证换电系统的快速、可靠运行, 一方面要协调电动汽车两侧的直角坐标机器人, 保证换电时汽车不因两侧重量的变化而发生侧倾;另一方面, 设计了换电控制系统, 并给出了换电环节的工作流程, 实现了多机器人按照指定的换电操作顺序协同操作。

该系统的成功运行, 为国内电动汽车充电设施的建设起到了示范作用, 能够促进电动汽车产业的快速发展, 带动绿色低碳经济的发展。

电动汽车驱动电动机及控制技术 第8篇

石油能源是不可再生能源和污染性能源, 随着我国汽车保有量的逐年攀升, 汽车尾气污染日益成为大气主要污染源之一。为了实现资源的高效利用, 节省能源, 降低污染物排放, 以电力发电来替代燃油发电的电动汽车逐渐成为了新宠。近年来, 政府在政策等各个方面给予电动汽车许多优惠条件, 旨在鼓励、发展和使用电动汽车。作为电动汽车的核心组成部件, 不论是纯电动汽车 (EV) 、混合电动汽车 (HEV) 还是燃料电池汽车 (FCEV) , 电机控制系统都是其核心的关键性组成部件, 是电动汽车整车功能的集成和优化的最为核心的单元部件, 电控系统的安全可靠性如何会直接影响到整个电动汽车运行的稳定和安全, 可以说, 电动汽车中的电机控制系统是整个汽车产业信息化转型的重要方面内容。

电动汽车驱动系统结构及电机特点

纯电动汽车 (EV) 、混合电动汽车 (HEV) 以及燃料电池汽车 (FCEV) 中的电力驱动系统在布置和结构方面不尽相同, 但基本上都包含了电机驱动设备、机械传动设备以及车轮这三个主要部件。尽管电动汽车的驱动系统布置方式略有产别, 但在电机驱动布置结构上则主要包括电动机、电子控制器和功率转换器等三个部分, 这三块部件共同构成了电动汽车驱动系统的核心部件, 其中, 评价电动汽车驱动系统差异的最主要的是其中的电动机, 目前, 电动汽车的电动机主要有永磁无刷、开关磁阻、感应和直流四类 (见表1) 。

从表1可以看出, 永磁无刷电动机的整体评价是最好的, 直流电动机评价效果不好, 随着电动汽车驱动技术的快速发展, 在国外的许多大公司已经逐渐开始淘汰电动汽车中的直流驱动系统的应用和研发。就其原因主要是在控制性方面, 永磁无刷电动机和感应电动机要明显优于直流电动机, 此外, 永磁无刷电动机和感应电动机的生产成本低、功率密度高, 后期维护较为简便, 而直流电动机在体积和质量方面大, 成本也高。随着电动汽车的广泛应用, 对于电机的要求也越来越高, 对于可控性、制动再生效率、稳态精度以及转速等方面都提出了更高要求, 这也是未来电动驱动系统发展的研究和改进方向。

电动汽车驱动系统用电机种类及控制技术

电动汽车驱动电动机主要有直流电动机 (DC) 、感应电动机 (IM) 、永磁电动机 (BDCM和PMSN) 以及开关磁阻电动机 (SRM) 四种。

直流电动机及控制技术

直流电动机结构较为简单, 是电动汽车中较早使用的驱动系统。但随着控制技术的发展和电力电子技术的进步, 直流驱动系统逐渐被淘汰, 该结构的电动机机械转向结构容易产生电火花而有一定的安全隐患, 且也不适合在多尘、潮湿和易燃易爆等环境中工作和使用, 换向器在后期的维护过程中较为困难, 价格高、体积和重量大等劣势。

备注:★差;★★一般;★★★较好;★★★★好。

感应电动机及控制技术

电动汽车的感应电动机变频技术有矢量控制、转差频率控制和V/F控制三种。其中, 矢量控制又叫控制定子电流矢量, 它是指在电动汽车中把异步电动机的定子电流矢量分解, 进而产生相应的励磁电流和转矩电流, 并分别加以控制, 同时控制励磁电流和转矩电力之间幅值和相位, 与直流电机相比, 感应电机具有体积小、质量轻, 与车体的适配性更好, 以及运行稳定性强, 后期维修简单, 维护费用较低等优势, 在电动汽车上得到了广泛的应用。

永磁电动机及控制技术

永磁电动机主要有永磁无刷同步电机 (PMSM) 和永磁无刷直流电机 (BDCM) 两种, 目前从运用的实际现状来看, 大多数汽车生产企业多选择永磁无刷同步电机。永磁无刷同步电机调速性能好, 而且电机的功率密度高, 运行效率优良等优点, 但不足之处就是永磁材料时间一久会产生退磁效应, 易腐蚀, 因而生产成本较高。永磁同步电机的研究主要是弱磁控制领域。当增加电子直轴电流时, 直轴电枢就会发生反应, 从而削弱整个电机的气隙磁场, 实现弱磁增速的目的。

开关磁阻电动机及控制技术

开关磁阻电动机 (SRM) 最早正式推出的是英国, 经过30多年的发展, 已经在我国逐渐应用到实际生产中, 如我国第二汽车制造厂就使用过将SRM应用到电动客车的生产中来。SRM驱动系统较为复杂, 具体来说是由SRM电机、位置检测器、控制器和功率变换器组成。而且SRM电机驱动系统难以建模, 是一种非线性, 因此, 对SRM电机驱动系统的控制主要采用神经网络控制和模糊逻辑控制法。SRM电机具有控制方便、成本低、效率高等优点, 也是现实中使用较为广泛的一种电动汽车电机类型。

电动汽车电机控制技术发展趋势展望

随着电动汽车技术研发力度的加大, 以及人们对电动汽车的认可度越来越高, 未来电动汽车的发展前景将是十分广阔。作为电动汽车的核心部件之一的电机及其控制技术也将会迎来良好的发展机遇期。未来电动汽车电机及其控制技术将会呈现出一下特点。

电机种类的多样化

前文中叙述了当前较为普遍的四种电机, 这几种电机在性能的总体评价方面各有优势, 而且目前在不同的电动汽车中都还有应用, 这其中要以永磁无刷直流电机和异步电机为主要的使用两种电机类型。但是, 随着微电子技术、材料科学、数控技术的发展, 可以预见的是在未来电机的种类会越来越多, 例如在直流电机发展基础上, 逐渐开发出混合电机如永磁式开关磁阻等等多种形态。

电机控制的智能化

智能化是未来各个领域的发展方向, 尤其是在电动汽车这样高精尖领域, 未来模糊控制、专家系统、神经网络等非线性智能控制技术都会应用到电动汽车的电机控制系统中, 电动汽车的电机控制将会取得良好的发展成果, 智能化水平将会越来越高。

电机控制的数字化