时间：2023-03-24 15:05:21
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇永磁传动技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】伺服系统；永磁同步电机；直流无刷电机
一、概述
从70年代后期到80年代初期，随着微处理技术，大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展，其性能价格比的日益提高，交流伺服技术－交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。目前，高性能的伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电机，永磁同步电机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能并可实现弱磁高速控制，能快速、准确定位的控制驱动器组成的全数字位置伺服系统。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，经大力推广和应用已有研究成果，其在工业生产领域中的领域也越来越广泛，正向大功率化（高转速、高转矩）、高功能化和微型化方面发展。
二、永磁同步电机伺服系统的基本结构
永磁同步电机伺服系统除电机外，系统主要包括驱动单元、位置控制系统、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元、电流反馈单元、通讯接口单元等。
1．永磁式交流同步伺服电机。永磁同步电机永磁式同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点。和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等需要更多维护给应用带来不便的缺点。相对异步电动机而言则比较简单，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好，但存在最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较小，成本高和起动困难等缺点。与普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
2．驱动单元。驱动单元采用三相全桥自控整流，三相正弦PWM电压型逆变器变频的AC-DC-AC结构。设有软启动电路和能耗泄放电路可避免上电时出现过大的瞬时电流以及电机制动时产生很高的泵升电压。逆变部分采用集驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块(IPM)。
3．控制单元。控制单元是整个交流伺服系统的核心， 实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。具有快速的数据处理能力的数字信号处理器(DSP)被广泛应用于交流伺服系统，集成了丰富的用于电机控制的专用集成电路，如A/D转换器、PWM发生器、定时计数器电路、异步通讯电路、CAN总线收发器以及高速的可编程静态RAM和大容量的程序存储器等。
4．位置控制系统。对于不同的信号，位置控制系统所表现出的特性是不同的。典型的输入信号有三种形式:位置输入（位置阶跃输入）、速度输入（斜坡输入）以及加速度输入（抛物线输入）。位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器是实现数字反馈控制性价比较高的器件，还可以依靠磁极变化检测位置，目前正处于研究阶段，其分辨率较低。
5．接口通讯单元。接口包括键盘/显示、控制I/O接口、串行通信等。伺服单元内部及对外的I/O接口电路中，有许多数字信号需要隔离。这些数字信号代表的信息不同，更新速度也不同。
三、对当前两种不同的永磁同步电机伺服系统的分析
由于转子磁钢的几何形状不同，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形就有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。这样就造成同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM）调速系统。
PMSM不需要励磁电流，在逆变器供电的情况下不需要阻尼绕组，效率和功率因素都比较高，体积也较同容量的异步机小。PMSM通常采用矢量控制和直接转矩两种控制方式。矢量控制借助与坐标变换，将实际的三相电流变换成等效的力矩电流分量和励磁电流分量，以实现电机的解耦控制，控制概念明确；而直接转矩控制技术采用定子磁场定向，借助于离散的两点是调节，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，其控制简单，转矩响应迅速。PMSM的矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度和位置控制，但是它的传感器则给调速系统带来了诸如成本较高、抗干扰性和可靠性不强、电动机的轴向尺寸较长等缺陷。另外，PMSM转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。
转贴于
BLDCM组成的伺服系统具有转速平滑，响应快，易于控制等特点，但若按照常规的控制方法，其转速直接与电压相关，易受电源波动和负载波动的影响。BLDCM类似于PMSM转子上也有永磁磁极，定子电枢需要交变电流以产生恒定转矩，其主要区别是前者的反电势为梯形波，而后者的反电势为正弦波。但由于电磁惯性，BLDCM的定子电流实际上为梯形波，而无法产生方波电流，并由集中绕组供电，所以BLDCM较PMSM脉动力矩大。在高精度伺服驱动中，PMSM有较大竞争力。另一方面，PMSM单位电流产生的力矩较BLDCM单位电流产生的力矩小。在驱动同容量的电动机时，PMSM所需逆变器容量大并且需要控制电流为正弦波，开关损耗也大很多。
PMSM的交轴电抗和直轴电抗随电机磁路饱和等因素而变化，从而影响输出力矩的磁阻力矩分量。PMSM对参数的变化较BLDCM敏感，但当PMSM工作于电流控制方式时，磁阻转矩很小，其矢量控制系统对参数变化的敏感性与BLDCM基本相同。当电机转速较高，无刷直流电机反电势与直流母线电压相同时，反电势限制了定子电流。而永磁同步电机能够采用弱磁控制，因此具有较大的调速范围。
四、永磁同步电机伺服系统的国内外发展现状
早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人对永磁同步电机的直接起动方面做了大量的研究工作。在上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电机进行了深入的研究，其供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但多数情况下无阻尼绕组。并在该时期发表了大量的有关永磁同步电机数学模型、稳态特性、动态特性的研究论文。A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性。
随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法。可设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机。
近年来微型计算机技术的发展，永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大的发展。D.Naunin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用了十六位单片机8097作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。八十年代末，九十年代初B.K.Bose等发表了大量关于永磁同步电动机矢量控制系统全数字控制的论文。
九十年代初期，R.B.Sepe首次在转速控制器中采用自校正控制。早期自适应控制主要应用于直流电机调速系统。刘天华等也将鲁棒控制理论应用于永磁同步电机伺服驱动。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能，N.Matsui，J.H.Lang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制 由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似，并且具有良好的鲁棒控制特性，因此，在电机控制领域有广阔的应用前景。
随着人工智能技术的发展，智能控制已成为现代控制领域中的一个重要分支，电气传动控制系统中运用智能控制技术也已成为目前电气传动控制的主要发展方向，并且将带来电气传动技术的新纪元。目前，实现智能控制的有效途径有三条：基于人工智能的专家系统（ExpertSystem）;基于模糊集合理论（FuzzyLogic）的模糊控制；基于人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）的神经控制。B.K.Bose等人从八十年代后期一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了可喜的研究成果。
参考文献
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[3]刘嘉亮．交流永磁同步电动机伺服系统[J]．
【关键词】DSP；电机；控制系统；数字信号；传输
DSP是一种专用的综合性的微处理器，能够告诉输入和输出数据，其是专门处理以运算为主的信号处理应用系统。90年代DSP揭开了计算机、消费类、通信、军事、汽车等电子市场的新纪元，在这些技术高速发展的同时，又反过来促进了数字信号处理器技术的发展。
一、DSP的电机控制系统概述
常见的数字式闭环电机饲服控制系统原理较为简单，该系统一般由电机、DSP、驱动放大电路、光盘编码器等组成。当DSP接受主机发出的参考输入时（转动角速度及方向），将数据转换为PWM输出，经过驱动放大送给电机，进而产生输出。再通过编码器来检测电机的转动方向和角度，反馈回DSP系统，形成闭环控制，进而达到有效地控制运动精度。如下图所示：
图1 电机控制示意图
设计以DSP为核心的电机控制系统平台对实现多个电机进行控制非常有必要。与其它控制系统相比，电机DSP控制系统有如下优越性：
1、DSP采用哈佛结构或者是改进的哈佛结构，使数据和程序相互独立的总线结构提高了计算能力。因此可以实现比较复杂的控制规律，如智能控制、优化控制等，将现代算法和控制理论的应用得以体现。
2、简化了电机控制器的硬件设计难度，降低了整体的重量，缩小了体积，降低了能耗。
3、DSP芯片内部设计，在一定程度上为元器件的可靠性和稳定性提供了保证，从而会使整个系统的可靠性得到提高。
4、通过DSP控制系统，使得软件的灵活性和硬件的统一性得到了有机的结合，DSP电机控制电路可以统一，如DSP控制三相逆变器驱动相应的感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机或用改进后的逆变器驱动直流电机等，它们的硬件电路的结构大致相同，我们只需要针对不同的电机，编写和设计出不同的控制规律即可，进而使得系统的灵活性大大提高。
二、电机控制系统的发展
从主传动机电能量转换的角度来看，电机控制系统主要经历了：机械控制系统（如齿轮箱变速）、机械和电气联合控制系统（如感应电机电磁离合器调速）、全电气控制系统（基于电力电子电源变换器的电机控制系统）；而从控制电路的角度来看，经历了模拟电路、数字电路、模拟混合电路、全数字电路控制系统；从控制策略的角度来看，主要经历了从最初的低效有级控制发展到现在的高性能智能型控制。电机运动控制系统主要指电机的位置控制系统或位置伺服系统。电机的运动控制系统是通过电机伺服驱动装置，通过编制指令将期望的运动路线得以实现。虽然系统的功率不大，但是对运动轨迹的准确性要求较高，并能频繁启动和制动，该技术在导航、雷达、机器人、数控机床、磁盘驱动器，以及全自动洗衣机等领域得到广泛应用。
三、电机控制系统的类型
在电气传动系统和位置伺服系统中，经常需要使用各种各样的驱动电机，如永磁同步电机、无刷直流电机、直流电机、感应电机、步进电机等。目前常见的电机控制系统主要有以下几种：
（一）直流电机控制系统
直流电机由于励磁磁场和电枢磁场完全解藕，可以独立控制，具备良好的调速性能，出力大，调速范围宽和易于控制，广泛用于拖动系统中，目前在各种推进系统中也仍有着广泛的应用。
（二）感应电机控制系统
感应电机定子一般为多对称多相绕组，转子可以是绕线式，也可以式鼠笼式绕组。不同的转子结构，使用不同的控制策略。例如绕线式感应电机可以达到转子串电阻调速、串级调速等目的，而鼠笼式感应电机可以实现电子变频、变极调速的要求。现代交流感电机控制系统主要有以下几种：转差频率控制系统、矢量变换控制系统、直接转矩控制系统、智能控制系统，以及空间矢量调制控制系统等。
（三）同步电机控制系统
永磁交流电机的驱动电源波形主要有正弦波和方波两种。前者称为永磁同步电机，而后者称为直流无刷永磁电机。永磁无刷直流电机的特点是磁极位置检测与无换向器电机一样比较简单，通常为磁敏式霍尔传感器，驱动控制易于实现，主要应用在恒速驱动、调速驱动，以及一些精度要求不很高的领域。而正弦波驱动永磁同步电机的控制系统，电机转子采用的是永磁材料，电子绕组和普通同步电机一样，为对称多相正弦分布绕组。它主要应用在恒速、调速驱动和精度要求很高的位置伺服系统。当前国际国内学者研究较多的是转矩脉动、削弱齿谐波、消除位置传感器技术。
（四）变磁阻电机控制系统
变磁阻电机主要是由反应式步进电机、同步磁阻电机、开关磁阻电机等组成。步进电机做为电磁式增量运动执行的元件，它的作用是将输入的电脉冲信号转换成执行的线位移和机械角位移信号，从而完成执行操作。所以我们又称步进电机为脉数字电动机或者是冲电动机。简而言之，它是主要用作数字控制装置的执行元件，直接控制者电机旋转角度，切旋转角度与脉冲数成正比关系， 因此电机转速与输入脉冲频率成比例。步进电机的控制一般是采用的开环控制，它的有点使控制系统简单并具有很高的精度。可以改变绕组的励磁顺序实现步进电机的正反转控制。
四、电机DSP控制存在的常见问题
结合自己工作实际，我个人认为在电机的DSP控制中还存在以下不足，有待我们日后解决，具体如下：
（一）控制系统结构需进一步优化
电动机作为控制系统中主要动力执行元件之一，在具体控制系统中起着拖动机械负载实现位置伺服、速度调节、转矩或力控制调节的作用。对于常见的闭环电机控制系统，属于机械运动正向控制，一般由传感、机电祸合关系、信号检测和电气控制这几个部分。机械运动控制通过外部给定的位置信号和转子位置传感器检测的位置信号比较，进而获得位置误差信号。控制系统中的信号检测主要指的是转子位置的检测，以及电压与电流的检测等。我们首先要解决的问题是如何利用检测到的电机转子位置、电流和电压信号观测电机内部磁场的变化。其次是如何反映电机产生的电磁转矩大小，以便有效地控制电机的电磁转矩。
（二）DSP控制的硬件需及时更新
基础以DSP为基础构建的电机控制系统，其硬件资源主要包括：信号检测与转换、PWM控制器、系统接口等等。随着科技快速发展，各设备技术更新较快，为了保证控制系统的高效运行，就必须及时更新DSP控制的硬件。此外控制系统中信号检测是必不可少的，尤其是在闭环控制系统中，状态信息的检测也十分重要，我们必须严格按照工作要求，认真做好信号检测，及时发现、解决问题。而检测信号又分为电量和非电量两大类。电量信号有电流、电压和电功率等；非电量信号包括位置、力或转矩、速度和温度等。这些变量的检测主要是通过传感器将非电量信号转换成电信号再来检测。
参考文献：
[1]刘鼎.基于DSP的永磁无刷直流电机模糊控制系统的研究与实现[D].湖南大学.2010
[2]张琛编著.直流无刷电动机原理及应用[M].机械工业出版社.2004
【关键词】逆变器;IGBT;续流二级管;空间电压矢量调制;功率因数角
1.前言
在逆变器中，其功率损耗主要出现在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和续流二级管上。IGBT具有驱动功率低，工作频率高，通态电流大和通态电阻小等优点，已成为当前电力电子装置中的主导器件，因此也成为学者研究的热点。当前，对IGBT/DIODE功率损耗研究的方法主要分为基于物理结构的损耗模型和基于数学方法的损耗模型。通过物理结构计算IGBT功率损耗时，需要通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容，电阻，电感，电流源，电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT/DIODE的特性。这种损耗模型的准确程度取决于器件物理模型的准确程度，因此实现起来非常困难。相反，通过数学模型的IGBT/DIODE功率损耗模型则是利用相关实验数据，推导出电流，电压与IGBT自身参数之间的数学关系，该方法易于实现且通用较强。在已有的论文中，也有类似的功率损耗计算，但表达式不够精准，且没有在常见的功率因数角范围内分段推导得出。本文推导了SVPWM 7段调制情况下，在不同的功率因数角范围内，逆变器中IGBT和续流二级管的导通功率损耗公式。
2.逆变器的功率损耗模型
逆变器的功率损耗主要集中在IGBT和续流二极管上。而这二者的大小主要取决IGBT的开关次数和导通电流的大小，逆变器与永磁同步电机的拓扑结构如图1所示：
图1 逆变器与永磁同步电机拓扑结构
在如图1的结构中，每个周期内6个IGBT开关按照SVPWM 7段式调制顺序依次开关，在一个PWM周期内，每个IGBT和每个续流二级管导通时间相等，因此在一个PWM周期内，每个IGBT/DIODE的导通功率是相等的，在计算中仅需计算一个IGBT/DIODE导通功率，总功率损耗等于6个IGBT的导通功率损耗加上6个续流二极管的导通功率损耗。
2.1 IGBT的导通功率损耗
计算IGBT的导通损耗的时候，通常设导通电压是电流的函数，根据IGBT的基本知识可得到下面的等式：
（1）
式中为IGBT的恒定管压降，为IGBT导通时的等效电阻。以图1中的开关S1为例，在IGBT的导通的一个周期内，仅有半个周期有电流流过IGBT，在另半个周期内无电流流过，因此，可以得到IGBT的功耗如下式：
（2）
式中T为PWM的周期，则为PWM的占空比，N为半个周期内IGBT的开关次数。当IGBT的开关频率足够高的时候，可以认为一个周期内流经IGBT电流是不变的，因此，式（2）可以写成如下形式：
（3）
由上式可以看出，IGBT的导通损耗分为两部分，一部分是由导通压降产生的，而另一部分是由IGBT导通时，等效电阻产生的。当开关频率足够高时，式（3）可以转化为以下形式：
（4）
（5）
在式（4），（5）中，为相电流的周期，为相电流， 可以用下式表示：
（6）
根据空间矢量调制（SVPWM）的基本原理，若以直流环节的中点作为参考点，可以求出PWM的占空比如下式所示：
（7）
该式中，为A相电压的绝对值，对于SVPWM7段式调制方法，由于有效电压矢量在各段的作用时间不相同，所以占空比在各段也不相同，共分为以下6段进行计算：
（8）
式中，为电流的角度，由于电流与电压之间存在一定的相位差，所以表征的才是此时电压矢量的空间角度。式中为功率因数角。功率因数角表征的是定子电流与定子电压之间的相位差，在电机控制中是一个很重要的参数。永磁同步电机空间向量图如图2所示：
图2 永磁同步电机空间向量图
从图中可以看出，电子电流向量与q轴之间的夹角为，定子电压与向量与q轴之间的夹角为，定子电流与定子电压之间的夹角为功率因数角。由空间向量图2可知，定子电流向量与q轴之间的夹角为定子电压向量
与q轴之间的夹角。则其功率因数角
由电流电压可表示为：
（9）
在永磁同步电机控制中，的常见范围是，而对于电流来讲，仅当电流在PWM的正
半周期，即电角度时，有电流从S1端
的IGBT 和S2端的DIODE流过，现基于此，对不同功率因数角范围内流经A+端的IGBT和A-端的DIODE的功率损耗进行计算。
当功率因数角，利用（4），（8）式，将t转化成后，在分段积分可得
下式：
（10）
同理IGBT导通时的等效电阻造成的平均功率损耗表达式可利用式（5），（8）得：
（11）
同理可以推导出当功率因数角
时，导通压降和等效电阻产生的平均功率损耗表达式。这里就不再一一赘述。由上面计算得出的式子可以得出，在功率因素角的时候，IGBT的导通压降产生的功率
损耗表达式在不同的功率因数角范围内是不相同的。相反，IGBT导通时等效电阻产生的功率损耗表达式是相同的。
2.2 续流二级管的导通功率损耗
同样的，当续流二级管导通的时候，其前向导通电压与导通压降和输出电流之间的关系也是线性的，其表达式如下式：
（12）
式中，是流经续流二级管电流的函数。由逆变器基本电路理论以及SVPWM 7段调制的基本原理可知，当电压在SVPWM 7段调制的一个调制区间内时，电流若不从S1的IGBT流过，则必将从S2的续流二级管中流过，因此，在一个PWM周期中，电流作用在续流二级管上的有效时间为为PWM的周期。根据之前列出的计算公式，只需将式前面所有积分式中的占空比即可求出相应功率因数角范围内续流二级管上的功率损耗，结果如下：
当功率因数角时：
（13）
（14）
同理可以推导出当功率因数角
时，续流二级管的平均功率损耗。通过计算出来的式子可以看到，在范围的时候，续流二级管导通压降产生
的功耗表达式在不同的功率因数角范围内是不相同的，相反，续流二级管导通时等效电阻产生的功耗表达式是相同的。
3.结论与展望
逆变器在当今的车用永磁同步电机中运用相当普遍，而对逆变器功耗的研究也成为当今的热门研究课题。但在之前的各论文研究中，均没有给出在不同功率因数角范围内，IGBT和续流二级管上导通功率损耗的准确表达式，本文经过大量计算，给出了在SVPWM 7段式调制方式下，在不同功率因素角范围内，IGBT与续流二极管上导通功率损耗的准确的分段表达式，为日后的研究提供了有力的数学基础。在今后的研究中，只需带入实际的IGBT/DIODE和电机参数（即IGBT的导通压降和导通等效电阻，续流二极管的导通压降和导通等效电阻，逆变器相电流幅值和电压调制比M）就可很简便的求出在不同功率因数角范围内IGBT以及续流二极管上的导通总功耗。再查表得出IGBT的开关功耗，即可求出电动汽车逆变器上的总功率损耗。
参考文献
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[9]宋昌才主编.电力电子器件及其应用[M].北京：化学工业出版社，2010.4
针对“雨水自动感应晾衣架”，在百度学术中可以搜索到多篇硕士学术论文，有的甚至洋洋洒洒七八十页。解决方案中大多运用到单片机、运放等小学生甚至中学生都无法厘清的概念和内容。如何让这个项目“落地”成为小学生“跳”一下能够到的案例，一直是我脑中萦绕的问题。Arduino开源硬件与众多传感器的绝佳组合让这个“落地”问题迎刃而解。Arduino开源硬件不需要学生懂得单片机、运放的原理，只需大致了解传感器的种类用途即可。某硕士论文涉及的电源电路、时钟电路、复位电路、按键电路等可以一概忽略。当然，每个问题的解决都不会一帆风顺，期间曲曲折折在所难免。
曲折之一：方案如何优化细化
课堂上，我事先作了“翻转”设计，课前抛出问题让学生百度各种解决方案，包括淘宝上的成品自动雨水感应晾衣架，然后在课堂上集思广益，比一比谁的方案能在众多方案里胜出？还是需要优势组合？最终学生们形成的设计预案如下。
设计一个雨水感应自动收衣装置，当雨水感应器上滴到雨滴或者天色明显变暗时，启动机械臂把衣服收进阳台。如果雨水感应器上的水滴被晒干（雨转多云），光线又足够亮时，衣服再次晒出。主人可以设置预约收衣时间。并且对是否雨后重新晒出作出预设。S4A控制画面同步运行。
以上要求进一步分解后具体要达到以下控制：（1）有雨或者光线明显变暗时，收衣服。（2）当天空放晴、光线变亮，且传感器上雨水被晒干时，衣服重新晒出。（3）主人可以预设收衣时间。此时无论天气如何，衣服强制收回。（4）主人可以手动收衣或者定r收衣，此两种模式收好衣服后不再晾出。
此环节的产品技术设计思维训练得到了充分的体现，学生要针对在自己周围每天都要发生的问题模拟产品设计工程师进行设计及分解。
曲折之二：机械传动如何设计
学生在设计方案时碰到的第一个拦路虎，不是来自电子线路，而是机械传动部分。图1所示开窗器按供电模式分有24V直流、220V交流两种，其中按开窗器机械臂行程长短又有100mm到1500mm等不同种类。本例所有24V直流电，当正接时机械臂伸出，反之缩回。
图2看似简单的机械结构，是社团学生沟通、争论了很久才有的结果。首先，淘宝上对开窗器的介绍寥寥数字，很多具体问题需要直接跟淘宝店主沟通。比如，产品大都与配套的升降（或开合）控制盒一起销售，能否拆分购买等具体问题；没有控制盒，Arduino 又如何担当起智能控制的重任？
曲折之三：S4A控制的画面如何同步变化
下载3DMAX阳台模型（可直接使用软件包中模型）、衣架模型后，利用标准基本体构建衣架及开窗器机械臂模型。由于MAX模型中的元素较多，建议按图3所示对衣架进行“成组”操作。
按F10对衣架运动中的几个关键帧分别渲染，注意本例下载的模型须安装V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中选择V-RAY渲染器。
曲折之四：如何实现开窗器机械手的伸缩
当了解到24V直流电机正负极倒置后伸缩方向即相反后，有学生搜索关键词“直流电机正反转 继电器”绘制出图4所示控制线路。经反复推演各种可能，均不会造成短路事故。
曲折之五：开窗机的电机本身没有到位后自动停止功能，如果开窗或者贯穿机械臂到位后继续加电，将对电机造成伤害，此问题如何破解
有学生称可以设置时间，但是马上又有学生质疑，当挂的衣服重量不同时，造成的阻力不同，时间不是一个定量。后来有学生询问淘宝商家后找到了解决办法，如图5在数字口2、3分别安装两个磁感应开关，相关的动臂上安装永磁铁。当检测到机械臂运作到位后，立即停止供电。
曲折之六：脚本如何设计
晒衣部分脚本：当绿旗被点击时，当系统检测到接在模拟口0的光线传感器数值大于800，光线充足，并且接在模拟口5的雨水传感器上无水滴，数值小于50，则广播晒衣服。
收衣部分脚本：分三个条件语句，第一是检测光线数值小于150则收衣。第二是检测雨水传感器数值大于100则收衣。第三是按钮传感器大于1000即接通状态则自动收衣。
预约收衣部分脚本：当绿旗被点击时，先询问预约多少小时后收衣，然后将输入值赋予变量t，计时器归零。计时器单位为秒，因此变量t须乘3600。当计时器数值大于预设时间，广播收衣服。
曲折之七：学生开始编制脚本时发现继电器反复被触发，“哒哒”声不断，这对继电器及控制终端都不是好事，如何解决
为了防止继电器反复被触发，损伤电机及其他器件，分别设置变量k、m，当条件已符合时分别设定为1。然后将相关变量不等于1，即等于1不成立，作为条件语句的必备条件之一。
当晒衣触发时，变量K为1，当收衣触发时变量M为1。如果系统对两个事件依次触发一遍。如果不对相关变量清零，则造成太阳出来后或者下雨了系统不再有响应。所以要对K赋值1的同时，要对M清零。反之也一样。
由于手动收衣及定时收衣要求之后即使符合晒衣条件时也不再触发，所以不再对M清零操作。为保险起见，建议在对K赋值1的同时，添加给变量M赋值1的语句。
美国机器人协会给机器人下的定义是：一种可以重新设定程序、多功能的机械手，经由事先设计好的各种可变动作，搬运材料、零件、工具或其他特殊装置，以执行不同的工作任务。机器人在面对变化与不确定的工作环境与程序时，具有一定的判断能力。从这个机器人的定义上看，“雨水感应收衣装置”也可以视为一个机器人项目。学生在这个项目的学习过程中遇到的问题事实上远不止以上所列，但是在教学一线将会感受到学生的潜力远超你的想象：没有短接线，学生将废旧网络线“开膛破肚”，开窗器没有电源，学生搬来家里的锂电池，机械手没人愿意接手加工，学生找到亲戚帮忙。有的学生在家里是“专业”负责淘宝的，因此跟店家的“旺旺”交流使问题“豁然开朗”，比如，磁感应装置就是学生从“店小二”那里问来的。当然，在“工作坊”教学模式下，教师必要的协助与引导，也会如及时雨般解决问题。
关键字:电气设备 接地装置 维护
一、使用维护电气设备中的误区(以农机为例)
1.“电枢”与“磁场”接线柱接反了。三联调节器“电枢”与“磁场”接线柱,应分别接至发电机“电枢”与“磁场”接线柱。若粗心大意把这两根线接反了,则会因发电机的输出电流将通过1Ω电阻构成回路,因电流过大被烧毁。
2.损坏的二极管继续使用。当发现硅整流发电机不发电或充电电流很小时,可能是由于二极管的损坏而引起的,查清后应立即更换,如继续使用,将会引起定子绕组一相或两相烧毁。
3.未按季节温度变化调整电解液。这样会使蓄电池极板不能在最佳比重的电解液内工作,将大大缩短其使用寿命。另外,在冬季还容易造成电解液结冰而胀坏蓄电池。
4.硅整流发电机安装蓄电池时不注意搭铁极性。这样做会因二极管的导通使蓄电池短路,使硅二极管迅速烧毁。所以安装蓄电池时必须正确分辩蓄电池的正负极桩,确认无误后才能连接。
5.拆掉调节器与发电机的搭铁钱。机车电系均为单线制电路,所以不少驾驶员误认为发电机与调节器的搭铁连线可以省掉(利用机体作搭铁连线)。但机体上有油污、油漆等,发电机与调节器之间存在一定电阻,使通往调节器的两并联线圈的电流不能随发电机电压的升高而增大,造成截流器白金触点不能闭合和1Ω电阻烧毁而不充电。因此,不应拆掉调节器与发电机的搭铁线。
6.将调节器随便平装在机车上。不是按原来那样垂直安装,这将引起调节器白金触点因路面不平或机车振动而振动,影响发电质量与工作稳定。
7.充电时间过长。蓄电池的容量是有限的,如果在充足电后,还继续充电,储存的电能不会增加,充电电流只是在电解水。长时间的过充电还会使极板活性物质脱落,加速蓄电池的自放电。
8.加入电池内的电解液过多或过少。加入单格电池的电解液应浸没极板10~15mm,这样就有足够的硫酸参加化学反应。若过多易外溢,腐蚀周围机件;过少,极板会裸露,这不但使蓄电池容量降低,且所露的极板会很快硫化。
9.电解液过浓。有人认为电解液浓度大,参加电化学反应的离子多,会使蓄电池容量增大。实际上,太浓的电解液粘度增加,渗透速度降低,内阻增大,使蓄电池端电压下降,容量反而下降。过浓的电解液还会加速隔板的腐蚀,缩短蓄电池的寿命。所以电解液不能太浓,存电充足时,电解液比重以1.28为宜。
10.不注意蓄电池外表清洁。蓄电池上常积有尘土等杂物,这些东西与溅出的电解液混合一起,会使蓄电池的正负极之间形成回路,使蓄电池放电。所以应常将蓄电池外表擦干净,并注意避免将金属物品放在其壳盖上。
11.串联使用两只容量不同的蓄电池。这样使用是有害处的。因为两个容量不同的蓄电池串联使用时,往往会使容量小的蓄电池过度充电或放电,从而缩短其使用寿命。
12.将发电机电枢与磁场接线柱用导线短接起来。当调节器出故障时,有些驾驶员将发电机电枢与磁场接线柱用导线短接起来,使其隔离调节器的调压部分,直通截流器向电流表供电。这样做,因发电机随转速提高电压也大大提高,过电压会使用电设备烧毁。
13.电喇叭持续通电时间过长。电喇叭连续通电时间不宜过长,一次鸣叫不应超过3秒,以免由于电流过大而烧毁触点和激磁线圈,同时,也应防止蓄电池过多放电。
14.使用仪表灯不会与后灯同时接通。因东方红-75型拖拉机仪表灯与后大灯并联,使用时必须将其与后灯同时接通。有些驾驶员在后大灯断路时,单独接通仪表灯,结果因该灯功率很小,发电机该相电压便上升很多,造成仪表灯被烧毁。
15.不用照明灯时,不摘掉发电机皮带。装用永磁交流发电机的东方红系列履带式拖拉机及其它小型拖拉机,白天作业不需照明灯时,应在发动机熄火后卸下发电机传动带,使之停止运转。这样可避免发电机轴承无意义磨损,并减小发动机功率消耗。
二、电器设备接地装置运行
1.接地装置的技术要求
1.1变(配)电所的接地装置
①变(配)电所的接地装置的接地体应水平敷设。其接地体采用长度为2.5m、直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm的角钢,或厚度不小于4mm的钢管,并用截面不小于25mm×4mm的扁钢相连为闭合环形,外缘各角要做成弧形。
②接地体应埋设在变(配)所墙外,距离不小于3m,接地网的埋设深度应超过当地冻土层厚度,最小埋设深度不得小于0.6m。
③变(配)电所的主变压器,其工作接地和保护接地,要分别与人工接地网连接。
④避雷针(线)宜设独立的接地装置。
1.2易燃易爆场所的电气设备的保护接地
①易燃易爆场所的电气设备、机械设备、金属管道和建筑物的金属结构均应接地,并在管道接头处敷设跨接线。
②在1kv以下中性点接地线路中,当线路过电流保护为熔断器时,其保护装置的动作安全系数不小于4,为断路器时,动作安全系数不小于2。
③接地干线与接地体的连接点不得少于2个,并在建筑物两端分别与接地体相连。
④为防止测量接地电阻时产生火花引起事故,需要测量时应在无爆炸危险的地方进行,或将测量用的端钮引至易燃易爆场所以外地方进行。
1.3直流设备的接地
由于直流电流的作用,对金属腐蚀严重,使接触电阻增大,因此在直流线路上装设接地装置时,必须认真考虑以下措施。
①对直流设备的接地,不能利用自然接地体作为PE线或重复接地的接地体和接地线,且不能与自然接地体相连。
②直流系统的人工接地体,其厚度不应小于5mm,并要定期检查侵蚀情况。 中国WWW.LWLM.COM整理。
1.4手持式、移动式电气设备的接地
手持式、移动式电气设备的接地线应采用软铜线,其截面不小于1.5mm2,以保证足够的机械强度。接地线与电气设备或接地体的连接应采用螺栓或专用的夹具,以保证其接触良好,并符合短路电流作用下动、热稳定要求
2接地装置运行
接地装置运行中,接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂,接地电阻也会随土壤变化而发生变化,因此,必须对接地装置定期进行检查和试验。
2.1检查周期 qiqi8.cn 778论文在线
①变(配)电所的接地装置一般每年检查一次;
②根据车间或建筑物的具体情况,对接地线的运行情况一般每年检查1次~2次;
③各种防雷装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次。
④对有腐蚀性土壤的接地装置,应根据运行情况一般每3年~5年对地面下接地体检查一次;
⑤手持式、移动式电气设备的接地线应在每次使用前进行检查;
⑥接地装置的接地电阻一般1年~3年测量一次。
2.2检查项目
①检查接地装置的各连接点的接触是否良好,有无损伤、折断和腐蚀现象。
②对含有重酸、碱、盐等化学成分的土壤地带(一般可能为化工生产企业、药品生产企业及部分食品工业企业)应检查地面下500mm以上部位的接地体的腐蚀程度。
③在土壤电阻率最大时(一般为雨季前)测量接地装置的接地电阻,并对测量结果进行分析比较。
④电气设备检修后,应检查接地线连接情况,是否牢固可靠。
⑤检查电气设备与接地线连接、接地线与接地网连接、接地线与接地干线连接是否完好。
三、维护人员要求
1认真观察
通过眼睛的观察可以发现的异常现象有:破裂、断线;变形(膨胀、收缩、弯曲);松动;漏油、漏水、漏气;污秽;腐蚀;磨损;变色(烧焦、硅胶变色、油变黑);冒烟(产生火花);有杂质异物;不正常的动作等等。
2耳听鼻闻
设备由于交流电的作用而产生振动并发出特有的声音,并呈现出一定的规律性。如果仔细倾听这些声音,并熟练掌握声音变化的特点,就可以通过它的高低节奏,音色的变化,音量的强弱,是否伴有杂音等,来判断设备是否运行正常。
电气设备的绝缘材料因过热而产生的特有的焦糊气味,大多数的人都能嗅到,并能准确地辨别。值班人员在进入配电室检查电气设备时,如果闻到了设备过热或绝缘材料烧焦而产生的气味时,就应着手进行检查,看看有没有冒烟变色的地方,听一听有没有放电闪络的声音,直到找出原因为止。闻气味也是对电气设备某些异常和缺陷比较灵敏的一种判别方法。