摘 要：主要介紹了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)凋速系統(tǒng)的特點(diǎn)，工作原理和結(jié)構(gòu)以及在礦用設(shè)備中的應(yīng)用，并以生產(chǎn)實(shí)踐證明開發(fā)系統(tǒng)的可行性。 關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 調(diào)速系統(tǒng) 礦用設(shè)備應(yīng)用 [b][align=center]Application and research of switch reluctance motor speed-regulation driving system in the field of m ining equipment Zhang Kecheng Yang Shulin Yuan Haishu[/align][/b] Abstract：This article mainly introduced the features，working principle and construction of the switch reluctancemotor speed—regulation driving system and its application inthe field of mining equipment．Practical production provedthe feasibility of this system． Keywords：Switch relutance motor Speed—regulationsystem Application of mining eqm pment 　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱SRD）兼有直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼交流變頻器之后國際一k2o世紀(jì)80年代推出的一種性價(jià)比極高，具有典型機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的無極調(diào)速系統(tǒng)。其特有的優(yōu)勢(shì)被廣泛的應(yīng)用在許多領(lǐng)域，尤其是在礦用設(shè)備中的應(yīng)用更是受到了極大關(guān)注 1 工作原理和結(jié)構(gòu) 　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱SRD）由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（簡稱sR）和控制器組成。系統(tǒng)框圖如圖1。 SR為定、轉(zhuǎn)子雙凸極結(jié)構(gòu)。定子極上裝有集中繞組，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能適用于各種惡劣高溫環(huán)境；轉(zhuǎn)子既無繞組，也無永磁體，可工作于極高轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在開發(fā)的產(chǎn)品主要有8／6極、12／8極結(jié)構(gòu)。圖2為三相、12／8極的SR結(jié)構(gòu)示意圖，其定子上每四個(gè)極的繞組相連接，構(gòu)成A、B、c三相繞組，當(dāng)某相繞組通電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)使鄰近轉(zhuǎn)子極與該相繞組軸線相重合的電磁轉(zhuǎn)矩。順序?qū)Ω飨嗬@組通電（如A—B—c—A.），則可使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。改變通電次序，可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。控制該電流的大小和通斷電時(shí)刻，可以改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，還可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)運(yùn)行。該電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)十分簡單、堅(jiān)固，控制也十分方便。 　　為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)位置和轉(zhuǎn)速，在sR上裝有傳感器，它能及時(shí)的把轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的位置反饋給控制電路。 　 圖3表示控制器中的功率電路。三相交流電源經(jīng)二極管整流橋V轉(zhuǎn)換為直流電源。六個(gè)IGBT功率開關(guān)和續(xù)流二極管組成三相半橋式逆變電路，分別向電動(dòng)機(jī)三相繞組供電。當(dāng)一相功率開關(guān)（如TA、TA ）導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)端子（Al、A2）向電動(dòng)機(jī)繞組（A組）通電。當(dāng)關(guān)斷時(shí)，該繞組通過續(xù)流二極管（D A、DA ）向電容器C續(xù)流和回饋能量，并使電流迅速降至零。 　　控制電路的作用是根據(jù)外部操作控制要求和電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況連續(xù)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路和功率電路改變電動(dòng)機(jī)的通電，使之達(dá)到規(guī)定的運(yùn)行要求，如轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電動(dòng)與制動(dòng)等，并處于最佳工作狀態(tài)。 2 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 　　SRD具有連續(xù)調(diào)速范圍寬、電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、功率電路可靠、系統(tǒng)效率高、起動(dòng)電流小且轉(zhuǎn)矩大（在30％的額定電流下，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可高達(dá)150％）、SR的可控參數(shù)多、控制方式靈活、容錯(cuò)性好、轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)、堵轉(zhuǎn)電流極小等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然SRD也存在如振動(dòng)噪聲較大、低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大等不足，但隨著研究的深入，這些缺點(diǎn)正在被逐步克服。綜上所述：SRD特別適合重載起動(dòng)和較長時(shí)間低速重載運(yùn)行、頻繁起停及反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行的設(shè)備，例如煤礦設(shè)備中的絞車，各種輸送機(jī)，采掘設(shè)備，頻繁換向的刨煤機(jī)等。 3 在煤礦設(shè)備中的應(yīng)用 　　近幾年來，根據(jù)礦用設(shè)備對(duì)調(diào)速及軟起動(dòng)的要求，我們和北京摩迪通調(diào)速電機(jī)開發(fā)有限公司在SRD方面做了大量的產(chǎn)品研發(fā)．并且收到了較好的效果。 3．1 SRD在絞車中的應(yīng)用 　　煤礦絞車是往井下運(yùn)輸材料和設(shè)備的主要工具，是典型的帶載起動(dòng)，頻繁正反換向的工況。過去常選用高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的交流異步電動(dòng)機(jī)，由于大的頻繁的起動(dòng)電流，往往使用幾個(gè)月就燒壞了，且與之配套的齒輪箱，鋼絲繩也受其影響而壽命不長。 　　經(jīng)過與用戶充分討論與協(xié)商，首次試制產(chǎn)品的sRD的型號(hào)為KCB132，額定電壓為660V。經(jīng)過半年多的研制，2003年首臺(tái)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)完成。其額定電流為139A，起動(dòng)電流為40A～55A。而相同功率的普通交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為625A～695A。此系統(tǒng)和煤礦井下絞車配套使用后，除調(diào)試階段發(fā)生一些小故障，換過一次鋼絲繩（相對(duì)普通交流異步電動(dòng)機(jī)鋼絲繩的壽命提高了兩倍多）外，至今沒有出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)燒壞，齒輪箱損壞的故障。使用一年后，已在全局進(jìn)行了推廣使用。 3．2 SRD在井下輸送機(jī)中的應(yīng)用 　　煤礦井下輸送機(jī)是把井下采掘的原煤輸送到井上的一種重要設(shè)備，也是井下使用動(dòng)力最多的設(shè)備之一。單臺(tái)電機(jī)功率較大，從22kW～U 1 800kW。其中，使用最多的是250kW～400kW，研制成功的250kW～400kW對(duì)推廣使用SRD的現(xiàn)實(shí)意義非常重大。 　　SRD的此項(xiàng)應(yīng)用分為兩個(gè)課題：280kW×2（1 140V）皮帶運(yùn)輸機(jī)用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和400kW×2（1 140V）皮帶運(yùn)輸機(jī)用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這兩個(gè)課題相對(duì)SR來說，選用的大功率、高電壓在國內(nèi)外可能都是首次。 　　研制結(jié)果盡管起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因素和起動(dòng)電流等大部分性能指標(biāo)都較好，但也出現(xiàn)了許多問題，主要問題有以下幾條： （1）SR發(fā)熱問題 　　KCB400kW和同功率同體積的交流異步電動(dòng)機(jī)YB400．4．400kW相比，溫升要高的多、在做型式試驗(yàn)中，前者溫度升至130℃后繼續(xù)上升，后者繞組溫度升到105。c就達(dá)到了平衡（經(jīng)計(jì)算溫升只有75K）。 另外，試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)還顯示KCB400kw的效率為92％，Y B400．4．400kW～效率為94．5％。因?yàn)镵CB400kW定子槽的利用率高，繞組的導(dǎo)線截面選的比YB400—4—400kW大，而且功率因素也較YB400—4—400kW大，因此，KCB400kW要kLY B400．4．400kW的銅耗小一點(diǎn)。而兩種電機(jī)的機(jī)械耗相同 ．由此可以看出：KCB400kw的損耗大在鐵耗上 　　據(jù)《開關(guān)磁阻電機(jī)沒汁與應(yīng)用》一書第五章對(duì)SR樣機(jī)進(jìn)行的試驗(yàn)分析：鋼耗占50．6％、鐵耗占29．8％、機(jī)械耗和雜散耗共占19．6％，銅耗占主要部分。 　　小功率的sR要比同功率的交流異步電動(dòng)機(jī)的銅耗小的多，總體效率也較高．所以，小功率SR的溫升與同功率的交流異步電動(dòng)機(jī)區(qū)別不大，甚至還要低。但是隨著功率的增加，體積相應(yīng)變大，鐵耗占的比例也和交流異步電動(dòng)機(jī)一樣越來越大，如表1 　　從表l數(shù)據(jù)可以看出，隨著功率的增加鐵耗占的比例越來越大 　　交流異步電動(dòng)機(jī)的損耗汁算公式為： 　　由于結(jié)構(gòu)不同，SR不能按此公式計(jì)算，但頻率的增加，肯定會(huì)導(dǎo)致此損耗加大。并且SR基波頻率往往高達(dá)200Hz以上，轉(zhuǎn)子鐵耗就不能象交流異步電動(dòng)機(jī)一佯，可忽略不汁。因此，大功率sR的鐵耗是影響其溫升的一個(gè)主要方面。這說明現(xiàn)有S ROCJ設(shè)計(jì)理論還不夠完善，尤其是對(duì)鐵心損耗@ii一算還沒有形成一種成熟的理論。鐵心中磁通的波形及其變化規(guī)律與轉(zhuǎn)速，斬波電流，開通角和關(guān)斷角等關(guān)系暫切 其變化規(guī)律要比異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的多，而且異步電動(dòng)機(jī)的鐵耗到目前為止也沒有一個(gè)很好的數(shù)學(xué)模型，在相當(dāng)程度上還要靠經(jīng)驗(yàn)。不能預(yù)見SR鐵耗．鐵耗的研究將是SR研究的核心問題 　　在本課題的sR改進(jìn)設(shè)計(jì)中，針對(duì)其溫升問題，我們適當(dāng)?shù)脑黾恿髓F心長度，采用了H級(jí)絕緣．選用了低損耗的硅鋼片，對(duì)轉(zhuǎn)子沖片進(jìn)行了絕緣處理，以及對(duì)電機(jī)的冷卻方式進(jìn)行 改進(jìn)。通過這些措施的實(shí)施．滿足了本課題SR的可靠運(yùn)行： （2）防爆開關(guān)控制柜的過冷凝露問題 井下防爆開關(guān)控制卡匝的過冷凝露問題導(dǎo)致lGBT管破裂，經(jīng)過控制冷卻系統(tǒng)改善內(nèi)部風(fēng)路已得到解決。 （3）SR的定子繞組絕緣問題 　　SR的定子繞組匝間燒壞，后經(jīng)采用防電暈電磁線后問題得到有效解決。 4 目前的狀況和未來的發(fā)展方向 　　現(xiàn)已成功開發(fā)出國內(nèi)最大的400kW開關(guān)磁阻電動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，并應(yīng)用在煤礦輸送機(jī)上。因SR結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)可靠性高，不僅減少了檢修次數(shù)而且大大提高了皮帶等的使用壽命。我們將會(huì)更進(jìn)一步深入的研究，有望在不久的將來，研制出井下刨煤機(jī)上使用的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，來替代進(jìn)口產(chǎn)品。向更大功率方向發(fā)展，滿足高效高產(chǎn)礦井對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的多方面需求，更好的服務(wù)于煤礦生產(chǎn)，是我們努力的方向。 參 考 文 獻(xiàn) 1 吳建華開關(guān)型磁阻電機(jī)沒計(jì)與應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社，2000．6． 2 胡中岳．現(xiàn)代交流澗速技術(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社，