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　　摘 要：主要介紹了開關(guān)磁阻電動機(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)磁阻電動機(jī) 調(diào)速系統(tǒng) 礦用設(shè)備應(yīng)用

　　開關(guān)磁阻電動機(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)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱SRD）由開關(guān)磁阻電動機(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。改變通電次序，可改變電動機(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)制動運(yùn)行。該電動機(jī)結(jié)構(gòu)十分簡單、堅(jiān)固，控制也十分方便。

　　為了檢測電動機(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機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況連續(xù)調(diào)節(jié)輸出信號，通過驅(qū)動電路和功率電路改變電動機(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、電動與制動等，并處于最佳工作狀態(tài)。

　　2 開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　SRD具有連續(xù)調(diào)速范圍寬、電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、功率電路可靠、系統(tǒng)效率高、起動電流小且轉(zhuǎn)矩大（在30％的額定電流下，起動轉(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也存在如振動噪聲較大、低速轉(zhuǎn)矩脈動較大等不足，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)備對調(diào)速及軟起動的要求，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，頻繁正反換向的工況。過去常選用高起動轉(zhuǎn)矩的交流異步電動機(jī)，由于大的頻繁的起動電流，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的型號為KCB132，額定電壓為660V。經(jīng)過半年多的研制，2003年首臺開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)完成。其額定電流為139A，起動電流為40A～55A。而相同功率的普通交流異步電動機(jī)的起動電流為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（相對普通交流異步電動機(jī)鋼絲繩的壽命提高了兩倍多）外，至今沒有出現(xiàn)電動機(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，也是井下使用動力最多的設(shè)備之一。單臺電機(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)動系統(tǒng)和400kW×2（1 140V）皮帶運(yùn)輸機(jī)用驅(qū)動系統(tǒng)。這兩個(gè)課題相對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)果盡管起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因素和起動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)律要比異步電動機(jī)復(fù)雜的多，而且異步電動機(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，針對其溫升問題，我們適當(dāng)?shù)脑黾恿髓F心長度，采用了H級絕緣．選用了低損耗的硅鋼片，對轉(zhuǎn)子沖片進(jìn)行了絕緣處理，以及對電機(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)礦井對開關(guān)磁阻電動機(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。