开关磁阻电机控制技术在煤矿绞车上应用

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1、煤矿现代化2013年第2期总第113期开关磁阻电机控制技术在煤矿绞车上的应用王宏波(兖矿集团机电设备制造厂。山东邹城273500)摘要本文介绍了一种由开关磁阻电动机与煤矿绞车组成的开关磁阻电动机调速系统。该开关磁阻电动机调速系统具有起动电流小、起动力矩大，系统运行可靠性高，调速性能良好，系统运行效率高及可方便地实现四象限运行等优点，解决了煤矿井下绞车起动电流大．运行不稳定的问题。关键词开关磁阻电动机调速系统；绞车；变频中图分类号：TM352文献标志码：B文章编号：1009—0797(2013)02—0079—03上引起突然大的压降，严重时将影响整个矿井供电1概述系统的正常运

2、行。现在煤矿交流电动机采用较多的调速方式主要(3)电动机起动转矩大。当起动电流为30％额定有交流变频调速和开关磁阻电动机调速。交流变频电流时，起动转矩为150％额定转矩；如对电动机及控技术硬件成本较高，控制电路复杂，不宜进行维护和制器进行特殊设计后，起动转矩可达200％额定转矩。维修等，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握(4)转矩方向与电流方向无关，因而可简化功率变变频器的核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能换器，降低系统成本。同时功率变换器不会出现直通故针对煤矿特殊的应用条件将变频器加以改进和设障，可靠性高，有很好的容错能力，可以缺相运行。计，较难适应煤矿要求。开关磁

3、阻电动机调速系统作(5)功率因数较高，调速范围宽，控制灵活，易于为交流调速系统的后起之秀，具有亚伺服系统的高实现各种特殊要求的转矩一速度特性，适用煤矿恶性能和普通调速系统的价格，性价比非常高，这是无劣的工作环境；同时具有多种保护功能，可靠性高，刷或有刷直流电动机根本无法与之比肩的。近两年适合煤矿应用推广。开关磁阻电动机在煤矿上的应用有了飞速的发展。3方案设计2开关磁阻电动机的基本原理及特点设计开发40kW调度绞车所用的开关磁阻电动2．1开关磁阻电动机的基本原理机调速系统，将该控制系统应用于井下的调度绞车开关磁阻调速电动机是一种新型交流无级调速上，以适应现代煤矿安全、节能、环

4、保的新型生产方系统，有开关磁阻电动机、功率变换器、控制器和位式需求。置检测器四部分构成。开关磁阻调速电动机为双凸3．1系统组成极结构，转子仅由硅钢片叠压而成，既无绕组也无永本系统由调度绞车、开关磁阻电动机、开关磁阻磁体，定子各级上绕有集中绕组。其工作原理遵循电动机控制器、操作控制箱四部分组成。“磁阻最小原理”，通电后，磁路有向磁阻最小路径变系统框图如图1所示。化的趋势。当转子凸极与定子凸极错位时，气隙大、磁阻大；一旦定子磁极绕组通电，就会形成对转子凸起的磁拉力，使气隙变小一磁路磁阻变小。与此同时用电子开关按一定逻辑关系切换定子磁极绕组的通电相序，即可形成连续旋转的力矩。2．

5、2开关磁阻电动机用于煤矿机械主要具有以下特点(1)电动机结构简单。定、转子均由硅钢片叠压而成，转子既无绕组也无永磁体，制造简便，绝缘结图1开关磁阻电动机控制箱构简单，只需对定子冷却，基本上免维护。3．2设计方案(2)电动机起动电流小，仅为额定电流的30％。3．2．1开关磁阻电动机的设计现在一般电动机直接起动电流过大，经常会在线路3．2．1．1开关磁阻电动机的基本参数·79·煤矿现代化2013-r第2期总第113期开关磁阻电动机(SwitchedReluctanceMoto，r简额定电压，有效的电源电压可用来控制相绕组电流。称SRM)为双凸极可变磁阻电动机，即定子、转子均这种

6、结构经济性好，结构简单。为凸极式构造，可以设计成多种不同相数结构，相数多，步距角小，利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高。由于三相12／8极电动机其相数采用了可双向自起动的最小值，齿数比三项6／4极增加了一倍，电动机转矩脉动减小，运行更加平稳，同时每相在定子上相距90o均匀分布，因此产生的转图2半桥型功率变换器矩分布均匀，磁路和电路不平衡造成的单边磁拉力3．2-3信号检测一小，电动机产生的噪声较小，所以本设计采用三相3．2．3．1电流检测器12／8结构。SRD相电流检测是开关磁阻电动机电流斩波控制方式运行的需要，也是过电流保护的需要。单向、一脉动以及波形随运

7、行方式、运行条件不同而变化很大，这是开关磁阻电动机相电流的基本特点。因此，SRD中电流检测器应具备如下性能特点：图2开关磁阻电机的典型原理结构图(1)应达到检测的精度要求，灵敏度高，检测频设计参数见表1：带范围宽，响应速度快。表l设计参数(2)被测主电路与控制电路间应良好隔离，抗干扰能力强、工作可靠、电路简单。经过比较，在此选择磁场平衡式霍尔电流检测器(LEM)来进行相电流检测。LEM把互感器、磁放大器、霍尔元件和电子线路集成在一起，具有测量、反3．2．1．2开关磁阻电动机的控制方法馈、保护三重功能。开关磁阻电动机