基于可控硅控制的制动器设计文档格式.docx
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据统计,2005年,全国共发生道路交通事故450254起,造成98738人死亡、
469911人受伤,直接财产损失18.8亿元,其中道路交通事故死亡人数占总数的
90%;
全国安全生产事故死亡人数约为12万人,道路交通事故死亡人数所占比例为78%,与其他方面的安全相比,道路交通方面的安全问题最为严重。
道路交
通事故的引发因素是多方面的,其中的车辆制动系问题就是一个比较典型的原因。
因此,制动器的性能就变得尤为重要。
制动器能用来减低机械设备的运行速度或者使其停止,是车辆、爬行机器和许多固定设备安全工作的重要装置。
最原始的制动控制是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,实现对汽车的制动作用,由于那时的车辆的重量比较小,速度比较低,机械制动也能满足车辆制动的需要,但随着汽车自身重量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。
随着科学技术的发展及汽车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展,制动技术有了新的突破。
20世纪30年代后期,随着电子
技术的发展,集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。
1.2研究意义
随着我国汽车工业和技术的快速发展,无疑给车辆制动器的性能质量和控制方式提出了更新更高的要求。
该制动器性的研制为进行制动器的基础研究和性能测试提供了有力的技术手段,对确保汽车、摩托车制动系统正常可靠工作至关重要。
可满足企业准确、快速、有效地对制动器各种综合性能检测的需要,具有广泛的应用前景。
1.3国内外研究现状
传统的制动控制系统的主要特点是能均匀分配油液压力,当制动踏板踏下时,制动主缸就将等量的油液送到每个制动器的制动轮缸中,并通过一个比例阀使前后平衡。
电磁制动器在其他领域早有应用,如电梯升降机的制动器。
汽车上利用电磁铁的制动器也正处于积极的研制状态。
通过控制电流等相关参数来改变制动力。
由于代替了传统的液压制动机构,电磁制动系统不再使用液压油,从而减少了液压油燃烧的危险,提高了安全性,也减轻了车辆自身的重量。
电磁制动系统中采用了转速反馈控制系统,显著改善了制动力矩和防滑性能,缩短了制动距离,提高了轮胎和制动装置的使用寿命。
江苏大学也曾研究过一种新型电磁制动器,类似于上面的制动器。
它是应用于挂车上的鼓式摩擦型电磁制动器,它将车辆本身动能的一部分转化为制动能量,采用电路控制代替传统气路、油路控制,是国内外挂车制动的发展方向。
电涡流缓速器是在十九世纪利欧·
博科(LionFoucault)发现的电磁感应理论的基础上发展起来的。
1965年法国Telma公司设计出了首台没有中心轴,直接安装到变速器或驱动桥上的电涡流缓速器。
该类型缓速器的出现,使其结构趋于紧凑、重量变轻,并且安装简便,从而使得电涡流缓速器在汽车上的应用更加广泛。
1993年出现了将电涡流缓速器与传动轴做成一体的产品。
19%年,市场上出现了用发动机冷却液进行冷却的电涡流缓速器,该缓速器中还安装有一小型发电机。
在国内,由于我国整个汽车工业的起步较发达国家晚了很多,导致电涡流缓
速器的研制、生产和应用还处于起步阶段。
国内己有许多大、中型豪华客车,如上海申沃、郑州宇通、东风日产、厦门金龙、苏州金龙等客车都安装了电涡流缓速器。
第二章制动器总体分析
2.1制动原理
制动系一般是利用与车身和车架相连的非旋转元件和车轮或与传动轴相连的旋转元件之问的相互摩擦,来阻止车轮的转动或转动的趋势,并将运动着的汽车的能量转化为摩擦副的热能耗散到大气中。
制动系不工作时,制动蹄上摩擦片的外圆面与制动鼓的内圆面之间有一定的间隙,因此车轮与制动鼓可以自由旋转。
要使行驶中的汽车减速或停车,驾驶员
应踩下制动踏板,通过推杆和主缸活塞,使主缸内的油液在一定的压力下流入轮缸,并通过两个轮缸活塞推动两制动蹄绕支撑销转动,上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内表面上。
这样,不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩,其方向与车轮旋转方向相反。
制动鼓将该力矩传到车轮后,由于车轮与路面间有附着作用,车轮对路面作用一个向前的周缘力,同时路面也对车轮作用着一个向后的反作用力,即制动力。
当放开制动踏板时,回位弹簧即将制动蹄拉回原位,制动作用终止。
制动时,车轮的运动有滚动和抱死拖滑两种状态。
当制动踏板力较小时,制动器的摩擦力矩不大,路面与轮胎问的摩擦力,即地面制动力足以克服制动器的摩擦力矩使车轮转动。
当车轮滚动时,地面制动力就等于制动器的制动力。
但地面制动力有时小于制动器所能产生的最大制动力,即口≤PTmax使制动器的作用不能充分发挥。
比如一个制动器性能良好的汽车在冰雪路面上制动时,地面制动力很小,车轮在很小的制动踏板力时就抱死拖滑,这是由于冰雪路面附着系数小的缘故。
也就是说,地面制动力受到车轮与路面间附着条件的限制,其最大值不可能超过附着力。
附着力是指在汽车制动时,轮胎与地面之间的摩擦力,附着力除以汽车重力的商称为附着系数。
在汽车制动时,附着力限制了制动力的最大值。
同一辆汽车在于燥的沥青路面E制动与在冰雪路面上制动,制动距离相差很大,就是由于附着系数不同造成的。
由于冰雪路面附着系数小,不可能产生较大的地面制动力。
2.2可控硅工作原理
硅晶体闸流管,简称可控硅创制于1957年,由于它特性类似于真空闸流管。
在性能上,可控硅不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件(俗称“死硅”
)更为可贵的可控性。
它只有导通和关断两种状态。
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备,如果超过此频率,因元件开关损耗显著增加,允许通过的平均电流相降低,此时,标称电流应降级使用。
管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。
见图1。
它有三个
PN结(J1、J2、J3),从J1结构的P1层引出阳极A,从N2层引出阴级K,从P2
层引出控制极G,所以它是一种四层三端的半导体器件。
当阳极A加上正向电压时,BG1和BG2管均处于放大状态。
此时,如果从控制极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过,经BG2放大,其集电极电流ic2=β2ib2。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连,所以ib1=ic2。
此时,电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。
这个电流又流回到BG2的基极,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用,所以一旦可控硅导通后,即使控制极
G的电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态,由于触发信号只起触发作用,没有关断功能,所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关特性,这种特性
需要一定的条件才能转化。
普通可控硅最基本的用途就是可控整流,为了实现整流电路输出电压“可控”
,必须使可控硅承受正向电压的每半个周期内,触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同,这种相互配合的工作方式,称为触发脉冲与电源同步。
在可控硅没有导通时,张弛振荡器的电容器C被电源充电,UC按指数规律上升到峰点电压
UP时,单结晶体管VT导通,在VS导通期间,负载RL上有交流电压和电流,与此同时,导通的VS两端电压降很小,迫使张弛振荡器停止工作。
当交流电压过零瞬间,可控硅VS被迫关断,张弛振荡器得电,又开始给电容器C充电,重复以上过程。
这样,每次交流电压过零后,张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同,这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。
调节RP的阻值,就可以改变电容器C的充电时间,也就改变了第一个Ug发出的时刻,相应地改变了可控硅的控制角,使负载RL上输出电压的平均值发生变化,达到调压的目的。
双向可控硅的T1和T2不能互换。
否则会损坏管子和相关的控制电路。
第三章可控硅制动器设计
3.1控制原理
由可控硅整流装簧供给可调电压的直流调速系统与旋转变流机组、直流斩波器及其它静止可控整流装置相比,不仅在经济性和可靠性上有很大提高,而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
可控硅整流器的功率放大倍数在100000以上,其门极电流可以直接用晶体三极管来控制:
在控制作用的快速性方面,可控硅整流器是毫秒级,这将会大大提高系统的动态性能。
本文研究的电惯量系统将采用可控硅一电机直流调速系统,
由可控硅整流装置直接给直流电机供电的系统原理图,用触发脉冲的相位来控制整流电压平均值,是可控硅整流器的主要特点。
GT是触发装置,V是可控硅整流器,通过调节GT的给定电压,即可移动其输出脉冲的相位,从而很方便地改变V的输出瞬时电压ud和平均电压Ud,从而实现平滑调速。
如果把整流装置内的电阻压降、元件正向压降和变压器漏抗引起的换相压降都移到整流装置的外面,当作负载电路压降的一部分,那么整流电压便可以用理想空载电压Udo来代替。
整流电路的脉波数m总是有限的,其数字比直流电机每对极下的换向片数要少得多。
因此,除非主电路电感L=co,否则系统的电流脉动比较严重,会产生以
下两个方面的问题:
l、脉动电流产生脉动的转矩,对生产机械不利;
2、脉动电流造成较大的谐波分量,流入电源后对电网不利,同时也增加电机发热。
在应用可控硅一直流电机调速系统时,首先要考虑抑制电流脉动的问题,其
主要措施是:
1、增加整流电路的相数;
2、设置平波电抗器。
当v—M系统主电路串接的电抗器有足够大的电感量,而且电机的负载电流也足够大时,整流电流的波形便可能是连续的。
当电感较小而且负载较轻时,一相导通电流上升时电感中的储能较少,在电流下降而下一相尚未被触发以前,电流已衰减到零,便产生波形断续的现象。
可控硅触发整流装置环节的输入量是触发电路的控制电压u。
t,输出量是理想空载整流电压Ud0。
如果把它们之间的放大系数K。
看成是常数,则可控硅触发整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节,其滞后作用是由可控硅装置的失控时问Ts引起的。
考虑到Ts很小,则可控硅触发整流装置的传递函数可近似成一阶惯性环节。
3.2保护装置
可控硅控制的设计保护就显得尤为重要,其包括过流保护、限流保护、过电压保护等。
过流保护:
用在可控硅控制电路中的过流保护方式很多,如快速熔断器保护、快速电流继电
器保护、自动电量采集器保护和电子回路保护等。
(1)快速熔断器保护
快速熔断器是针对硅整流元件无过载能力而专门设计、制造的。
当电流流过
5倍快熔额定电流时,它能在0.2s内熔断,比普通熔死
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- 基于 可控硅 控制 制动器 设计