（电力电子与电力传动专业论文）adic生产自动线智能电控系统的研制.pdf

武汉理t 人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h en e wt y p eo fm o d e mc a r se l e c t r i c a lp r o d u c t s t h e d e v e l o p m e n t o fh i g h p r i c ep e r f o r m a n c er a t i oa d i cp r o d u c t sa n da u t o m a t i c p r o d u c t i o nl i n ei so fa c a d e m i cr e s e a r c hv a l u e ，b u ta l s ow o r k sw i t ha p p l i c a t i o nv a l u e n i sa d i cb a s e do nt h ep r i n c i p l e so ft h eo p e r a t i o np r i n c i p l e so fe l e c t r o m a g n e t i c i n d u c t i o n i t sm a g n e t i cc i r c u i ta n dc i r c u i td e s i g nc o n t a i n s “n o v e l t y ”a p p l i e d r e s p e c t i v e l yt h e ”t h r e el o o p s ，t h r e ec o l u m n s t h r e ea i rg a p m a g n e t i cc i r c u i ts t r u c t u r e a n dt h e ”t h r e ew i n d i n g st h r e ec u b et h r e ei p i n t s ”s t m c t u r ea n di t se x t e n s i b l ec i r c u i t s ， h i g ho i l t p u tv o l t a g ea n di g n i t i o ne r i e r g ys t r o n g t h i sa d i ca u t o m a t e dp r o d u c t i o nl i n ei n t e l l i g e n te l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mi s c o m p o s e do fc l e a n i n g - - * w i n d i n g - - - i n t e r m e d i a t et e s t i n g - - - w i r i n gc o n n e c f i o n - i r o n c o r ej 0 i n t p r e b a k e 锄b e d d i n g + s o l i d i f i c a t i o n + e n d t e s t i n g i th a sn i n e c o n s t r u c t i o ns e c t i o n t h ew i n d i n g e m b e d d i n g , s o l i d i f i c a t i o na n dt e s t i n gt h ef o u r p o r t i o ni st h em o s tp r i n c i p a la n dc o r ec o m p o n e n t so fa u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e i t s c a l lc o n t r o ls y s t e mb a s e do ni n t e l l i g e n td i g i t a lt e c h n o l o g y , i n t e l l i g e n tf r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y , i n t e l l i g e n t s e n s o r t e c h n o l o g y a n d i n t e l l i g e n tt e s t i n g t e c h n o l o g ya u t o m a t i o na n di n t e l l i g e n to p e r a t i o n t l l i sa d i ca u t o m a t e dp r o d u c t i o nl i n ei n t e l l i g e n tw i n g i n gc o n t r o ls y s t e mu s i n g s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e rc o n t r o l l e r i tc o n t r o lt h es t e p p t e rm o t o r sm o v e m e n t f o u o w e 砖b ys p a c e sc o n t r o le m i s s i o nl i n ea n ds w i t c hs l o t s a l s oc o n t r o lt r a n s d u c e rt o d o m i n a t e da s y n c h r o n o u sm o t o rt h er o t a t i o n a ls p e e d ，t h e r e b ya u t o m a t i c a l l yr e q u i r e d f o rt h es p e e 出a n dc o n t r o lt ow i n dt h r e a de v e r yf e ws h a f l sd e s i g n a t e dd i s t r i b u t i o n w i n d i n gc i r c l e 髓i sa d i ca u t o m a t e dp r o d u c t i o nl i n ei n t e l l i g e n te m b e d d i n gc o n t r o ls y s t e m u s i n gb a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k st od i a g n o s t i ca n dm o n i t o r i n gs o m ef a u l t i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo f t h ep r o d u c t s t h i sa d i ca u t o m a t e dp r o d u c t i o nl i n ei n t e l l i g e n ts o l i d i f i c a t i o nc o n t r o ls y s t e m u s i n g8 1 8c o n t r o l l e ra d m i s s i b i l i t ys o l i d i f i c a t i o nt e m p e r a t u r es i g n a lt h e r m a la i r c u r r e n t sa r ec o n s t a n t l ym o b i l e ，a n dc o m p a r ew i t i lt h es e tt e m p e r a t u r e ，c o n t r o l s o l i d i f i c a t i o na u t o m a t i ca d j u s tt e m p e r a t u r ea n t ia u t o m a t i cm e m o r yr e l a t e d i n f o r m a t i o na n dp r i n tt e m p e r a t u r e t i m ec u r v em a p s 1 1 l i sa d i ca u t o m a t e dp r o d u c t i o nl i n ei n t e l l i g e n tt e s t i n gc o n t r o ls y s t e mi sb a s e d o nt h ei n t e l l i g e n to fv i r t u a l t e s t i n ge q u i p m e n tf a c i l i t i e s a n dp c i ( p e r i p h e r a l c o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ) b u so p e r a t i o n a d i cp r o d u c t sa n da u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e sd e s c r i b e di nt h et e x tr e s e a r c h d e s i g nay e a ta l l o u t w a so f f i c i a l l yp u ti n t oo p e r a t i o ni na u g u s t2 0 0 5o p e r a t i o n 。s o f a rm o r et h a nh a l fay e a ro fo p e r a t i o nh a ss h o w nt h a ts a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o no f i n t e l l i g e n te l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m ，t h er e s u l t sw e r ev e r yg o o d ，a n ds u p e r i o rp r o d u c t p e r f o r m a n c eo a t e n tp e n d i n 曲，f u l l ya c h i e v e dt h ee x p e c t e dd e s i g nr e q u i r e m e n t s t h i se l e c t r i c a ls y s t e mi se l e c t r i c a ls c i e n c e ，e l e c t r o n i c s ，c o m p u t e rs c i e n c e ， e l e c t r o m a g n e t i c s ，c o n t r o ls c i e n c e ，p h o t o v o l t a i cs e i e n c e ，a n i f i c i a li n t e l l i g e n c e ， i i 武汉理t ：大学硕士学位论文 l e a r n i n ga n da u t o m a t i cd e t e c t i o no fc r o s s d i s c i p l i n a r yi n t e g r a t i o no fat e c h n o l o g y a p p l i e dr e s e a r c ht o p i c s d e s p i t et h e s ea c h i e v e m e n t s ，b u ts h o u l da l s ob es a i dt h a t m o r ei n d e p t hr e s e a r c hc a r r i e do u ts t e pm a yb em o r eo p t i m i z e dr e s u l t k e yw o r d s ：a u t o m o t i v ed r yi g n i t i o nc o i l ，a u t o m a t i cl i n e ，t h ei n t e l l i g e n te l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e m 1 1 1 武汉理工火学硕十学位论文 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 随着科技的进步和发展，传统的油浸式( 亦称湿式) 汽车点火线圈已逐渐 被干式汽车点火线圈a d i c ( a u t o m o t i v ed r yi g n i t i o nc o i l ) 所代替。 目前国内比较正规的a d i c 实用产品主要来源于两个方面：其一是进口国外 产品；其二是国内几家资深的汽车电器生产厂家进口国外的原材料和生产设备 进行研制的产品，成本很高，售价很贵。尤其是进口产品的价格昂贵得使用户 望而生畏，难以接受。因此，国内汽配行业与市场迫切希望利用国产普通原材 料研制出性价比高的a d i c 。 本项目就是在上述背景下，抓住机遇应运而生的：本项目组接受嘉利达汽 车部件有限公司的委托，承担了该公司这一高新技术产品的研发。 此a d i c 生产自动线电控系统涉及到电气自动化与智能化的理论与技术，并 且与本人所学专业的学科性质与研究方向紧密相关。受企业之委托和社会之需 求，根据导师的意见，选定了科研项目“a d i c 生产自动线智能电控系统的研制” 这一课题。该课题不仅具有学术研究价值而且具有重要的实际意义。本人相信 在导师指导下研究本课题，并通过充分发挥自己的主观能动性一定会卓有成效 地造就科研本领，提高理论水平以及实践技能，力争撰写出优秀的硕士学位论 文。 1 2 国内外研究动态与现状 此a d i c 自动生产线的自动化与智能化程度是衡量其技术水平的重要标志。 现在，国外先进的a d i c 制造厂家都广泛的采用了智能型数控绕线机、真空灌封 机、固化炉、测试台等设施，并且不断的采用新理论、新技术、新材料、新工 艺，使a d i c 的生产线快速向自动化智能化方向发展【1 】。 a d i c 生产自动线电控系统是涉及到多个学科理论与技术的一个应用型研究 课题，其相关技术的发展概况如下。 戴汉瑾一一大学繇学位论文 1 。数控技术发震现状 数控技术斑# q 计算橇数按技术，它是采用计算槛实魏数字程序控制静技术。 这种技术用计算机按事先存贮的控制程序涞执行对设备的控制功能。| ；i j 于采用 计簿机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、 运舞、逻饕羯旗簿各静羟裁瓿筑涎实瑰，均霹逶过诗雾掇较箨寒完成。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制逸q 业成为工 业化的象征，丽殷随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对圜计民生的 一魑重要行业( i t 、汽车、辍工等) 靛发鼹起着越来越壤要豹于# 用，这些行业 掰鬻装备的数字化已是现代袋装豹大趋势鞠。 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的童要趋势。2 1 世纪的数 控装餐将是具谢一定智能化的系统，智熊化的内容包括在数控系统巾的各个方 嚣：为逵求热王效率耧麴工溪藿方瑟豹餐熊纯，翔热王= l 妻程戆蠡逶疲控裁，工 兹参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电 机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自楚定等：简化编程、简 纯擞终方嚣熬辫辘位，搬智熊豫豹囊动缡稷、智糍纯麴人极界蘧等；还蠢智能 诊断、智麓煎按方面豹内容、方便系统静诊断及维修嚣。 数控技术经过5 0 年的2 个阶段和6 代的发展：第1 阶段：硬件数控( n c ) ； 第l 代；1 9 5 2 簪的电子管；第2 代：1 9 5 9 年晶体管分离元件；第3 代：1 9 6 5 冬豹毒蔑模集域毫籍；莓2 羚莰：软终数控( c 麓) ；繁4 代：1 9 7 0 冬豹毒墼诗 黧机：第5 代：1 9 7 4 年的微处理器；第6 代：1 9 9 0 年基于个人p e 机( p c - - b a s e o ) ； 第6 代的系统优点主要有：元器件集成度商，可靠性好，性能高，w 靠性已可 达到5 万小射黻上；基予p c 乎台，技术避步抉，势级羧代容易；提供了开放式 鏊础，可供利罔的软、硬件资源丰富，使数控功髓扩矮劐很宽的领域。对数控 系统生产厂家来说，提供了优良的开发环境，简化了礤件。 2 变频调瀵发展现状 2 e 整纪蘧瓷簇毫接技拳；鼗猛发震豹辩代，特蠲是2 蛰毽纪9 0 帮健疆嚣， i g b t ，i g c t 等新型电力电子器件的发展，d s p 和a s i c 的快速发展吐及现代控制 理论和技术的宠善，使交流拌步电动机的变频电控系统在调速范围，调速精度， 动态璃应，功率毽数，运行效率窝使搏方便等蛙能搔拣超过了直流电动辊电拖 系统，达到了联代直流电拖系统的地步，受到各彳亍照的欢迎，著取褥显著的经 济效益。目前，变频电控技术以显著的节电效益，优良的调速性能以及广泛的 武汉理工人学硕士学位论文 各种实用性，而成为电气传动的发展重要方向，变频电控技术涉及到电机，电 力电子技术，微电子技术，信息技术与控制技术等多个领域1 3 】。 现代控制策略促进了变频技术的发展。第一代变频器采用的是压频比标量 控制方式，它根据异步电动机等效电路确定的线性u f 比进行变频调运。改变 u f 只能调节电动机的稳态磁通和转矩，谈不上动态控制。为提高低频时电动 机产生的转矩，通常采用提升电压以及随负载变化补偿定子绕组电压降的方法， 可以拓宽变频调速范围。 第二代变频器的主要控制方式是矢量控制。它参照直流电动机的控制方式， 将异步电动机的定子电流空间矢量分解为转子励磁分量和转矩分量。首先是要 控制励磁，所以又把矢量控制称为磁场定向控制。至于转矩控制则是间接的。 矢量控的主要缺点是需要复杂的坐标变换运算以及需检测转速信号。因此提出 了无速度传感器矢量控制的方案，它根据异步电动机实际运行的相电压和相电 流以及定转子绕组参数推算出转速观测值，进而计算出转子磁链和转矩电流的 观测值，以实现磁场定向的矢量控制。 与矢量控制并行发展的还有直接转矩控制方式，它以异步电动机的转矩作 为被控量，强调转矩直接控制效果，并不刻意追求输出电流为正弦波形。这种 控制方式的优点是对电动机参数变化不敏感。 控制理论和微电子技术的发展，矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊制 等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。 3 虚拟仪器发展现状 虚拟仪器的国内外发展呈现两条主线：一是g p i b v x i p x i 总线方式( 适 合大型高精度集成系统) ，二是p c 插卡式一l p t 并行口式一串口u s b 方式一i e e e 标准的1 3 9 4i = 1 方式( 适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景) 4 1 o 美国n i 公司开发的l a b v i e w 和中国c o i n v 开发的d a s p 虚拟仪器平台是国 内外具有代表性的两个平台，其软件各有特点，互相不能替代、功能互补。 l a b v i e w 平台是一个在国内外具有相当影响和大量用户的虚拟仪器开发平台， 它对于一般仪器的开发商、学校仪器制造专业的教学和提高虚拟仪器的理解， 以及一些特殊的用户是适宜的，但由于它是用于虚拟仪器二次开发的软件，而 非作为最终直接使用的仪器，这对大量的一般直接用户、只想用虚拟仪器马上 直接测试分析试验结果的用户，有不方便的地方，也有局限性。d a s p 平台它是 直接面向最终用户的虚拟仪器库，直接可以使用，不需要再进行编程加工，用 武汉理_ l 人学硕士学位沧文 起来非常快捷方便、可靠，精度又很高，用户拿起来就可直接使用，但是，对 于专业仪器开发商或者仪器专业自己需开发虚拟仪器的用户，还有一定的局限 性。 目前，大部分厂家生产的虚拟仪器基本以计算机加数模转换及软件应用来 实现传统仪器中的示波器、频谱分析仪、频率计、波形发生器、波形记录仪等， 但也有些开发比较早的厂家开始将虚拟仪器在某些行业开始批量应用。据专家 预测，到2 0 1 0 年国内将有5 0 的仪器为虚拟仪器，目前国内有十几家企业在 研制p c 虚拟仪器，上百种系列实用产品已面市，并开始在航空、航天、通信、 医疗、电力、汽车等行业普及应用。 1 3 研究内容和成果 本项目主要研究内容包括a d i c 产品及其生产自动线的设计与研制。 1 a d i c 产品的设计 设计a d i c 产品，除应遵循普通变压器设计规则外，还要进行一些特定的试 验分析与研究，然后确定设计的技术参数。对a d i c 产品的设计着重论述了a d i c 核心电路的设计，即初级绕组电路和次级绕组电路的设计。 此a d i c 全部采用国产普通原材料和国产设施制造，不仅成本低廉，而且性 价比优于用进口原材料和进口设施制作的同类产品，并且具有防振、防尘、防 潮、防雨、防盐雾、防冲击；体积小、重量轻、能耗低、效率高、寿命长、绝 缘性能优良、机械强度坚固、安装维护简便等优点。 2 a d i c 生产自动线的设计 此a d i c 生产自动线智能电控系统由清洗一绕线一中检一接线一合成一预 烘一灌封一固化一终测共九个工段组成。其中，绕线、灌封、固化、测试这四 大部分是该生产自动线的主体，亦是核心部分。着重分析了核心工段的智能电 控系统。 此a d i c 生产自动线智能绕线电控系统，利用单片机配合相应的外围设施与 软件，实现智能化数控，控制步进电机水平精密运动，进行按位依次排线和跳 槽等运动；该电控系统同时还利用此单片机控制变频器来支配异步电动机的转 速，从而自动进行调控绕线机所需速度及每槽指定分布的层数和圈数。 此a d i c 生产自动线智能灌封电控系统，利用变频器、温控器等设备，自动 武汉理l 大学硕士学能论文 i 藏行调控灌封液掰需豹搅拌速凄鞠温度。 此a d i c 生产自动线智能固化电控系统，利用8 1 8 专用控制嚣采集受理固化 健感器缝 牟送来瓣炉底滋凄信号、炉中激发僖号、炉顼潦度蔫号以及炉中热气 流被搅拌流动的平均温度信号，并同所设定的时段温度信号进行比较处理，从 巍控澍强纯妒鑫蕊菝要求舞溢、绦温、洚滠、去溢等溢控实露调节运终，盈自 动记忆相关信息和打印温时曲线图。 魏a d i c 生产鑫动线餐憝检测毫控系统是蘩予霪羧仪器替缒设藏帮p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ) 总线进行运作的。该智能检测电控系 绞黪硬终乎身主瓣壶铸感器缝终、燕号淫理模块、系统诗葵蔽摹鹜p c i 鼗撵罴集 卡组成，其软件平台采用l a b v i e w 来实现信号的分析处理和显示输出。 经过一年来豹壤心磅铡，予2 0 0 5 年8 是瑟瀵完残了该课透，磅刳出了掰霉 的a d i c 产品及其自动生产线，并且已经正式投产，获得了良好的社会效靛和经 济效益。 武汉理l ：大学硕士学位论文 2 1 概论 第2 章a d ic 产品的设计 采用国产普通原材料和国产相关设施研制高性价比的a d i c ，在其电路设计 与磁路设计上( 尤其是对其核心电路设计) 必须要有创新点，方能在竞争日益 激烈的国内外汽车电器市场有立足之地。此a d i c 的电路设计与磁路设计就是在 这种理念指引与支配下进行的。 此a d i c 的电路设计打破常规，改革创新，采用“三环三柱三隙”型闭磁路 结构( 传统油浸式汽车点火线圈采用开磁路结构) 和“三绕组三方数三接点” 及其可扩展型电路结构，于是，此a d i c 不仅电磁效应强、输出电压高( 次级输 出电压可高达4 0 多千伏) ，而且点火能量大( 次级输出火花能量可高达8 0 多毫 焦) ，运作效果佳，并且防振、防尘、防潮、防雨、防盐雾、防冲击：体积小、 重量轻、能耗低、效率高、寿命长、绝缘性能优良、机械强度坚固、安装维护 简便，性价比优于用进口原材料和进口相关设施制作的同类产品口1 。 此a d i c 磁路设计采用“三环三柱三隙”型结构。所谓“三环”，即铁心与 磁轭构成三个闭合环路，使主磁通随时都具备集中畅通的回路，为高效传递能 量提供了保障；所谓“三柱”，即具有三个铁心柱，并且每个铁心柱由几何尺寸 完全对称的两部分接合组成，因此三个接台处形成三个气隙，即所谓“三隙”， 这三个气隙都分别用环氧树脂粘合，有利于点火开通瞬间阻尼磁路深度饱和， 从而提高点火效率，改善点火性能，这办是此a d i c 磁路设计的创新点。 此a d i c 电路设计采用“三绕组三方数三接点”及其可扩展型结构。所谓“三 绕组”，即此a d t c 共有三个绕组：一个初级绕组和两个次级绕组( 次级主绕组 和次级辅绕组) 。设计增添次级辅绕组的主要功用有两个：其一，在火花电流最 大时，对主磁通有显著的去磁效应，从而有效的阻尼磁路进入深度饱和；其二， 抑制谐波尖峰电流。这也是此a d i c 电路设计的另一创新点。所谓“三方数”， 即此a d i c 各绕组圈数分别近似对应某基数的立方；所谓“三接点”，即此a d i c 连接后只有三个出线端点，并且还可以扩展为四个端点或多个端点，出线端点 具有可扩展性是此a d i c 设计的第三个创新点。 武汉理i 大学硕1 7 学位论文 图2 1 所示为本课题项目研制的a d i c 部分成品( 桑塔纳、捷达王、小红 旗三种a d i c ) 外形图。 2 2a d lc 机理 图2 1a d i c 成品外形图 a d i c 的组成原理基于电磁效应原理：初级绕组在汽车电系电子开关的控制 下，以一定频次接通和断开直流电源( 此直流电源来源于汽车电系所用直流电 源) ，从而在该绕组中以磁场形式储存电能，通过铁心中的磁通为媒介，将此能 量传送给次级绕组并以火花电流形式输出。 a ：初级绕组b ：初级骨架c ：次级骨架d ：次级绕组 e ：铁- t i f ：高压点火针g ：低压接线针h ：环氧树脂i ：塑料壳体 图2 2a d i c 结构示意图 武汉理l 人学硕士学位论文 a d i c 的核心电路是其初级绕组和次级绕组电路，这两个电路实质上都是铁 心线圈电路，由于含有铁心，因此其电磁关系是非线性关系。a d i c 结构示意图 如图2 2 所示。 此a d i c 包括初级骨架，初级绕组，次级骨架，次级绕组，铁心，高压点火 针，低压接线针，环氧树脂，塑料壳体等部件构成。 初级绕组：用相应规格的漆包铜线构成； 初级骨架：用来绕放固定初级绕组，此骨架由硬塑料制成； 次级绕组：用来感生输出高电压，采用具有一定耐温和耐高压性能并且很 细的漆包铜线构成； 次级骨架：用来绕放固定次级绕组，由硬塑料构成； 铁心：强化磁场，此铁心和磁轭构成“三环三柱三隙”型磁路，用硅钢片 制成； 高压点火针：用来流经点火电流，主要以铜构成； 低压接线针；用来连接初级绕组及其电源，以普通金属导电材料构成； 环氧树脂：用来固定骨架、绕组、铁心等部件于壳体之中，并还兼有绝缘、 防振、防尘、防潮、防雨、防盐雾、防冲击，加固机械强度等作用； 塑料壳体：用来支撑整个a d i c 器件，由硬塑料制成。 2 3a d i c 核心电路的设计 a d i c 核心电路的设计包括初级绕组电路和次级绕组电路的设计。 通常a d i c 里面有两组线圈，初级线圈和次级线圈。初级线圈用较粗的漆包 线( 直径为0 5 o 8 m m ) 绕1 0 0 2 0 0 匝，次级线圈用较细的漆包线( 直径为 0 0 5 - - 0 0 8 m m ) 绕8 0 0 0 1 3 0 0 0 匝。初级绕组的漆包线采用聚氨酯漆包铜圆线。 次级线圈采用的是的直焊型漆包线，其具有较好的耐高压耐高温特性。 初级绕组的层数和次级绕组的槽数以及每槽层数分布的线圈圈数是a d i c 核心电路设计的关键点，需要精心策划和科学计算以及试验校正( 基于技术保 密的原因，本文不作详细介绍) 。 武汉理j 二大学硕士学位论文 2 3 1a d i c 初级绕组电路的设计 出于a d i c 实质上是一种特殊脉冲( 不规则脉冲) 变压器，其工作过程中电 磁感应非常复杂，因此设计a d i c 时，除应循环普通变压器设计原则外，还要进 行一些特定的试验分析与研究，然后确定所设计的技术数据1 6 】。 1 初级绕组电流i ，的初步计算 依据a d i c 所要求的最大容量s 。和次级绕组要求输出的最大电压u 一于是 便可初步计算出次级绕组最大电流i m ，即 小老 _ 1 再依据a d i c 所要求的初级电感量l 与次级电感量l z ，并且忽略a d i c 损耗， 即可得到初级电路断开时电流i ，。与次级绕组最大电流i “的关系式以及l z 和l - 关系式分别如下： 丢厶k 2 ，丢工：，：。2 ( 2 2 ) ln2厶(2-3) 其中 ，1 且 ( 2 4 ) 2 通常称r l 为变压器的变比，即变压器初级绕组与次级绕组的圈数比，n ，和 n ：分别为初、次级绕组的圈数。 考察式( 2 - - 2 ) 可得： k ；( i 压) ，：。 ( 2 5 ) 初步计算时可将i 。视作i 。，即式( 2 - - 5 ) 可改写为： ，1 = c 厄, x ) t ：。 ( 2 6 ) 2 初级绕组圈数n 1 的初步计算 查有关a d i c 专用技术手册便可得知所需i ，值( 即工作点处) 的a d i c 主磁 通变化率斜之值。 武汉理i ：大学硕十学位论文 又因初级绕组断开时的最大感生电压u 的大小即为它的电源电压u 。的大 小，故有： n 。d m * 1 ；u 1 ；u s l ( 2 7 ) 于是依据式( 2 7 ) 可初步计算出初级绕组圈数n 。的值。 3 j 和n f 的最终确定 按照如上所述方式初步求得i 。和n 之值后，再根据a d i c 所要求的一些其 他相关技术信息( 诸如i 的上升沿、下降沿、脉宽、周期等) ，综合考究，全面 权衡，反复试验( 按照特定试验规程) ，确定i ，和n ，的最终结果。 2 3 2a d l c 次级绕组电路的设计 a d i c 次级绕组电路的设计同上述初级绕组电路的设计紧密相关，并且两者 的设计思路与方法亦基本相似【7 】。 1 次级电流l 。的初步计算 如同初步计算i 的基本思想一样，此时可将i ：视作i 。，于是根据式( 2 1 ) 便可初步求得i 。之值。 2 次级主绕组圈数n 。的初步计算 考察式( 2 3 ) 和式( 2 4 ) 便可得知n 。( 因为n ，已经求出) 。 3 i 。和n 2 的最终确定 如同确定i ，和n 1 最终结果一样的方法，根据a d i c 所要求的其余相关技术 信息( 诸如i 。的上升沿、下降沿、脉宽、周期、持续时间等) ，综合考究，特定 试验，确定i 。和n 。的最终结果。 4 a d l c 点火能量w 的计算 嵋一目，2 2 t ， ( 2 8 ) 其中t 。为次级电流i ：( 即点火电流) 持续的时间( 通常以毫秒为单位) ：k 。 为计算系数；w 。，i 。通常分别以毫焦和毫安为计算单位。 式( 2 - - 8 ) 中的t 。一般按下式计算： t ，- ( 3 5 k ( 2 - - 9 ) 其中l 为次级电路点火过程( 即a d i c 点火能量释放输出过程) 的时间常数， 武汉理工大学碛七学位论文 其计算式为： 乱。鱼(2-10) 如 其中r 。为次级电路点火时总的等效电阻。 5 。次级辅绕缌圈数的计算 当次缀主绕组圈数n ；计算确定聪，次级辅绕鳃圈数可用下式计算： m - n 2 4 ( 2 1 i ) 试验修正n 。的方法与试验修正心的方法炎同。 2 3 3a o l e 的接线方式 a d i c 的基本接线方式如图2 3 所示，初、次绕组连接完成以后共有三个 溢线端，其中个磁线螭与商压点火钟相接，另外两个蹬线端分别连接扔级电 鼹的电源豫端。值得注意的是：次级辅绕组同次级主绕组的连接应为同名蝮穰 连( 卵遥常所说的“反接”) ，以傈障次级辕绕组对次级主绕组有去磁效应帮撺 镪4 谐波灸峰电流的作用。 根据实际上点火设施的需求，a d i c 的出线端亦可扩展为四个或多个。 + 接高压点火针 a ；初级绕组b ：次级主绕组 e ：次级辅绕组 图2 3a d i c 核心电路原理图 武汉理上人学硕士学何论文 2 4a d ic 磁路的设计 此a d c 磁路设计采用“三环三柱三隙”型结构。所谓“三环”，即铁心与 磁轭构成三个闭合环路，为主磁通集中畅通提供了优质的闭合磁路，即为高效 传递初级绕组从电源吸取的能量到次级绕组中并以火花电流形式的输出提供了 保障。 所谓“三柱”，即具有三个铁心柱，并且每个铁心柱均由几何尺寸完全对称 的两部分接合组成，铁心和磁轭均由0 3 5 m m 的国产普通硅钢片叠压而成，中间 不涂绝缘漆，互相导通( 这是与一般变压器铁心结构不同之处) ，以增大铁心中 的涡流，从而增大各线圈的动态( 交流) 等效电阻，一方面可使初级线圈电路具有 较小的时间常数t 。( t 。= l 】r ，) ，提高初级电流上升速率，改善初级电流波形， 另一方面同样可使次级线圈电路亦具有较小的时间常数t ：( t 。= l ：r ：) ，提高 次级绕组转换和释放电能的速率，同时增大次级线圈动态( 交流) 等效电阻r 。， 可使次级输出的火花电流波形得到改善，这些功用均对a d i c 整体性能特性具有 改善与优化的作用，这亦是此a d i c 磁路设计的创新点之一。 a ：铁心b ：气隙 图2 4a d i c 的磁路结构 所谓“三隙”，即整个磁路具有个三个空气隙，这就是三个铁心柱的接合处。 这三个气隙均分别用环氧树脂粘合，有利于点火开通瞬间阻尼磁路可能出现深 度饱和的现象，从而提高点火效率，改善点火性能，这亦是此a d i c 磁路设计的 创新点之。注意气隙大小调节是十分考究的，气隙究竟调整为多大合适，因 武汉理一【：大学硕士学位论文 a d i c 品种不i 司而异( 气隙具体尺寸基于技术机密，本文不作详述) 。 2 5 小结 a d i c 是现代汽车的重要电器，其主要由初级骨架、初级绕组、次级骨架、 次级绕组、铁心、高压点火针、低压接线针、环氧树脂、塑料壳体等部件构成。 a d i c 运作原理基于电磁感应原理，其实质上是一种特殊脉冲变压器。因此 a d i c 产品的设计除用到一般电磁学理论进行研究计算外，还涉及到一些特殊的 试验探究方法和技术。 a d i c 核心电路的设计主要包括：初级绕组电流i 。的计算、初级绕组圈数n 。 的计算、次级绕组电流i 。的计算、次级主绕组圈数的计算、次级辅绕组圈数 n 3 的计算以及a d i c 点火能量w 。等技术参数的计算。 a d i c 磁路和电路设计蕴含“新意”，分别采用“三环三柱三隙”型磁路结 构和“三绕组三方数三接点”及其可扩展型电路结构，并且全部采用国产原材 料和国产有关设施研制，而且其性价比优于采用进口原材料和进口设施制作的 同类产品。 武汉理r 大学硕+ 学位论文 3 1 概论 第3 章a d i c 生产自动线的总体设计 生产线的自动化与智能化已成为当今流水生产线发展的主流方向。汽车电 器生产流水线也不例外，亦尽量结合自动化与智能化技术与设施。 此a d i c 生产自动线的的智能控制设施主要包括绕线智能电控、灌封智能电 控、固化智能电控和检测智能电控这四大控制部分，并且分别采用单片机、b p 神经网络故障诊断、8 1 8 控制器、p c 虚拟仪器来实现其智能控制功用。 3 2a d i c 生产自动线的系统组成 图3 1 示出了此a d i c 生产自动线的全部工序流程。该工序流程由清洗一 绕线一中检一接线一合成一预烘灌封一固化一终测共九个工段组成。 图3 1a d i c 生产自动线的系统组成框图 1 4 武汉理 大学硕士学位论文 3 3a d i c 生产自动线各部分的设施 此a d i c 生产自动线九大工段所用到的主要设备及功能如表3 一l 所示。现 分别简要论述如下。 ( 1 ) 清洗工段：采用超声波清洗机清洗a d i c 相关部件( 诸如：线圈骨架、 线圈外壳、铁心、接线针等) 。 表3 1a d i c 生产自动线的九大工段主要设备 序号 丁段 所用主要设备 备注 清洗t 段超声波清洗机 1 绕线工段 数控绕线机2 4 半成品检测工段线圈圈数测最仪和r l c 测量仪 l 刮焊接线工段金属线绝缘皮电动刮刀若干 合成工段冲压机若干 预烘工段干燥箱若干 灌封工段 真空环氧树脂灌封机 1 固化工段固化炉l 成品检测工段a d i c 智能测试台 l ( 2 ) 绕线工段：包括初级绕组绕线和次级绕组绕线。初级绕组采用f z 一 7 4 0 绕线机进行绕制，它是一种电脑控制绕线的专用绕线设备；次级绕组采用 s k r 一4 d h 绕线机进行绕制。当对这两种绕线机硬件设施分别进行精心策划与配 置a d i c 工序所需的相应软件后，就具有丰富的控制功用：如a d i c 的线径、圈 数、层数等技术参数均可编程设置，并能实现密绕、稀绕、并绕和槽绕等功能； 各种绕线模式一次输入，长期存储，方便管理；排线起始点可任意设定，而且 可以进行实时动态监控。 ( 3 ) 半成品检测工段：使用y g l 0 8 r 线圈圈数测量仪和r l c 测量仪，前者 武汉理t 人学硕士学位论文 可以准确的检测所绕线圈的圈数和直流电阻；后者可以精确的测量线圈的交流 电阻和电感。 ( 4 ) 刮焊接线工段：首先用金属线绝缘皮电动刮刀去掉漆包线表面的绝缘 皮，然后用电烙铁等工具进行焊接。 ( 5 ) 合成工段：指a d i c 铁心合成压紧的过程。此工段完成两部分几何尺 寸完全对称的“e ”字行铁心合成压紧成一个“日”字行整体。三个铁心柱接合 处粘合适当厚度的环氧树脂( 因为环氧树脂是非磁性材料) ，以阻尼磁路进入深 度饱和。 ( 6 ) 预烘工段：采用s c l 0 1 4 a 型鼓风电热恒温可控干燥箱。a d i c 要经过 两个多小时的干燥，除去其中的水分后，才可以进入灌封工段。 ( 7 ) 灌封工段：采用z g vi i 型真空环氧树脂灌封机。该灌封机是在真空 环境下，用环氧树脂液体对a d i c 进行灌封，确保环氧树脂渗透到a d i c 所有的 空隙，灌封过程中环氧树脂液体中不允许有气泡出现。 ( 8 ) 固化工段：采用c k 一1 2 型程控固化炉。它是用8 1 8 控制器控制的智能 型全自动加热炉。 ( 9 ) 成品检测工段：采用a d i c 智能测试台。此测试台是一种基于虚拟仪 器和p c i 总线的智能测试系统。a d i c 成品需要检测的主要技术参数包括：初级 电阻r 。；初级电流i ，；初级电感l 。；频率f ：次级电压u ：；次级电流i 。；火花 持续时间t i 以及点火能量w ，等参数。 以上所述工段是组成a d i c 生产自动线的整个流程设施，不可颠倒、遗漏、 重复，它们之间相互关联，相互依承。 3 4 加l c 生产自动线各部分之间的传输设施 a d i c 生产自动线的九大工段之间的传输设施采用普通自动传送带装置。自 动传送带装置分别设置有自动传输控制( 即整个流水线自动匀速前进) 和半自 动传输控制( 即人工控制各工段流水线的起停) ，以满足不同生产工序的需求， 从而提高生产效率和产品质量。 1 6 武汉理、_ | _ = 人学硕 ：学位论文 3 。5 小结 a d i c 鍪三产鲁渤线组成系统出滴洗一绕线一中检一接线一合袋一预溪一灌封 一固化一终测共九个工段组成，各部分之间的传输设施采用普通自动传送带装 甏。萁中，绕线、灌封、霾玩、溅试这瑙丈部分楚该生产蠡动线| ：； 鼋主俸，夯是 核心部分，并且此四大部分电控系统采用精心发计的智能化设施，以满怒该生 产鑫磅线豹运器要求。 1 7 武汉理卜人学硕士学何论文 第4 章a d i c 生产自动线智能绕线电控系统 4 1 概论 此a d i c 生产自动线智能绕线电控系统，其核心部分采用单片机等设施来实 现绕线的实时自动与智能控制，不仅绕线工序能按照设定的技术规程自动完成， 而且具有实时修改、调整、监控等功能。 a d i c 生产自动线绕线工段分为初级绕线和次级绕线，采用的主要装置分别 为f z 一7 4 0 型绕线机和s k r - - 4 1 ) h 型数控绕线机。其中重点和难点是次级绕线1 ： 序的准确实现，次级绕线圈数多、层数多、要设定的技术参数多( 诸如：产品 种类：段数；主轴转向；圈数；槽宽；结束角；预置动圈数；排线方向；排线 轴起始点；线径：过拉线 主轴定位等) ，所以需要设计智能型电控系统， 当对这两种绕线机硬件设施分别进行精心策划与配置a d i c 绕线所需的相 应软件后，就具有智能控制功用：如a d i c 的线径、圈数、层数等技术参数均可 通过编程来设置，并能实现密绕、稀绕、井绕和槽绕等功能；各种绕线模式一 次输入，长期存储；排线起始点可任意设定，且可以进行实时动态监控 8 1 1 9 l 。 4 2 初级绕线电控系统设施 采用f z 一7 4 0 型智能绕线机，该绕线机可以设定和存贮2 0 种绕组匝数，在 同一骨架上可以连续绕制1 2 0 组不同匝 数的线圈。采用单片机控制，通过键盘输 入绕组所需的技术参数后，绕线机按照设 定的技术参数和工序自动完成整个操作 过程并自动停车，而且能实时监控，同时 可以显示工作过程中的关键技术数据。 图4 一lf z 一7 4 0 型绕线机 f z 一7 4 0 型智能绕线机的运动主要包括线圈骨架轴的旋转运动和排线运动。 线圈骨架轴旋转运动使漆包线绕制存骨架j + ；排线运动是指漆包线沿骨架轴向 线圈骨架轴旋转运动使漆包线绕制存骨架j + ；排线运动是指漆包线沿骨架轴向 亟堡堡! 奎堂堡! 堂堡笙窒 方向按指定规程的连续运行或者点动运行，使漆包线能够按要求均匀绕制在骨 架上，两个运动的协调性至关重要，它决定了绕制出来线圈