【学术】驱动用微特电机的可靠性技术

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引言

微特电机是从20世纪30年代开始,应工业自动化、科学技术和军事装备的发展而迅速发展起来的一门技术,根据用途可以分为驱动用微特电机和控制用微特电机。驱动用微特电机的主要任务是能量转换,在工农业生产等各种领域发挥着十分重要的作用。

由于微特电机及其控制系统的电力电子器件存在着一定的故障率,使得电机驱动系统的可靠性问题逐渐凸显出来,特别是在航空航天、军事装备、矿井轧钢等对连续操作有较高要求的领域,可靠性显得尤为重要。因此,对微特电机驱动系统的可靠性技术进行研究,具有非常重大的理论和现实意义。

电机驱动系统的可靠性技术研究从20世纪70年代末在国外开始发展,逐步取得了一些有价值的研究成果。但是,该项研究在国内却起步较晚,鲜有报道。微特电机驱动系统可靠性技术主要归纳为冗余和容错两种方法,包括电机本体结构、电路拓扑结构、智能控制策略和传感器集成技术四个方面。

可靠性理论基本概念

可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力,或者说是产品保持其功能的时间。这里需要指出的是:电机驱动系统作为一种非常普及的电力设备,其应用领域是多样化的,而对于不同的应用场合,则“完成规定功能的能力”具有不同的含义。例如高射炮的功能包括射速、射程和命中精度等,如果其电机驱动系统由于发生故障使得只有射速和射程达到要求,而命中精度达不到要求的话,则不能说它完成了规定的功能。

但在另一方面,对于电动车来讲,虽然其电机或者驱动系统某一部分发生故障,但是该系统具有一定的容错能力,可以带故障运行。这样即使电动车的输出转矩或者转速发生一定量的下降,但是并不影响其运行,可以保证电动车开到附近的修理厂,则可以说该电机驱动系统在发生故障的情况下仍然完成了规定的功能,不能算作失效。因此,在判断产品是否具有完成规定功能的能力时,必须规定明确的失效判据或者故障判据。不同的工况,其失效的判定标准是不同的,必须根据具体条件给出失效的判据。 

一个产品的寿命周期可分为如下三个阶段

1.早期失效阶段。

在这一个阶段,主要表现为产品在设计、制造和安装过程中的缺陷导致的故障发生。

2.偶然失效阶段。

当某产品经过一定时间的磨合以后,在这一阶段表现出来的故障率趋于稳定,其可靠性大幅度的提高取决于产品设计制造水平,而这正是研究的目的和对象。

3.耗损失效阶段。

产品经过一定时间的使用,元器件已经趋于老化,在这一阶段表现为故障率的急速增大。对于发生早期故障的产品一般工厂可以通过试验予以剔除,因而可以近似认为现场使用的产品基本都运行于偶然失效阶段。

冗余技术是提高电机驱动系统可靠性(即降低其失效率)的有效方法。因为在部件的设计和制造水平一定的前提下,电机或者驱动系统的单元可靠性是很难有大幅度提高的,但是通过并联某个或多个器件可以达到提高可靠性的目的。

可靠性问题是影响微特电机驱动系统在工农业生产等各个领域应用的一个重要因素,虽然我国对其发展相对较晚,但目前对其的发展越来越重视,也取得了不错的效果。

参考文献:

[1]赵文祥. 驱动用微特电机及其控制系统的可靠性技术研究综述【J】.电工技术学报.2007,22(4):38-45.

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