矿用开关磁阻电机调速系统分析

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1、基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统梁南丁（平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467001）摘要：开关磁阻电机具有结构简单、坚固、制造工艺简单，成本低，工作可靠，能适用于各种恶劣环境;有很好的容错能力，可以缺相运行等优点。由其组成的SRD调速系统调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性;在较广的转速和功率范围内具有较高的效率。能四象限运行，具有较强的再生制动能力;在对SRD的组成及整体工作原理分析的基础上，指出了SRD有进一步研究方向。关键词：开关磁阻电机‘调速系统控制检测4    开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, 

2、SRM)最早可以追溯到1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机雏形。到1972年进一步对带半导体开关的小功率电动机(10W～1kW)进行了研究。1975年有了实质性的进展，并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRD Ltd.)，专门进行SRD系统的研究、开发和设计。1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家也都开展了SRD系统的研制工作。在国外的应用中，SR

3、D一般用于牵引中，例如电瓶车和电动汽车。同时高速性能也是SRD的一个特长的研究方向。据报道，美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。我国大约在1985年才开始对SRD系统进行研究。SRD系统的研究已被列入我国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车，在“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车，均取得了较好的运行效果。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿牵引及电动车辆等，取得了显著的经济效益。目前，我国的定型产品DT系列矿用SRD已

4、运用于皮带运输机，刮板运输机、各种绞车、泵类机械和其它矿山机械。1SRD系统的特点开关磁阻电机调速系统（SRD）兼有直流、交流两类调速系统的优点，是继交流变频器之后，推出的一种性能价格比较高的、具有典型机电一体化结构的无级调速系统，其主要性能特点为：1）起动转矩达额定转矩的150%，起动电流为额定电流的30%，适用于频繁正反转和带载启动，即使“堵转”也不烧电机。2）电动机无电刷整流子，控制器电路简单，适用在恶劣环境中工作。3）系统效率高，特别是能在转速和负载矩均在较大范围变化时保持高效率，具有良好的节能效果。4）系统属可逆调速系统，适用于需四象限工作的机械。5）系统经防

5、潮、防干扰等专门设计，适合煤矿井下使用经久耐用。4图1开关磁阻电动机调速系统（SRD）框图2SRD系统构成    SRD系统主要由四部分组成:SRM电机本体、功率变换器、控制器及位置和电流检测器。它们之间的关系如图1所示：图2三相双凸极磁阻电动机结构示意图V2UV1ABCA‘C‘B‘2.1SRM电机本体   SRM电机本体是SRD的执行元件， 如图2所示为三相6/4极开关磁阻电机的电机结构原理图，电机为了增加出力而设计成双凸极结构，定、转子均由硅钢片叠压而成，转子上有4个极，没有任何型式的绕组。定子上有6个极，其上绕有集中绕组，圆周上相对的两个极的绕组相串联，构成一相，

6、共构成三相绕组。其工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，因此磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。若顺序给A-B-C-A…相绕组通电,则转子便按逆时针方向连续转动起来。若改变通电相序为A-C-B-A…，则可使转子顺时针转动。若改变相电流的大小，则可改变电动机转矩的大小，进而可以改变电动机转速。若在转子极转离定子极时通电，所产生的电磁转矩与转子旋转方向相反，为制动转矩。由此可知，通过简单地改变控制方式便可改变磁阻电动机的转向、转矩、转速和工作状态。2.2功率变换器    功率变换器是开关磁阻电动机运行时所需能量的供给者，是连接电源和电动机绕组的功率开

7、关部件。图2中S1、S2为开关管，V1、V2为续流二极管。例如当A相绕组通电主开关管S1、S2导通时，A相绕组从直流电源U吸收电能;当S1、S2关断时,绕组电流通过续流二级管V1、V2将剩余的能量回馈给电源。 80年代初，主开关器件皆用晶闸管SCR。鉴于SRD电流脉冲峰值较大，而SCR电流峰值/平均电流比值高，能承受很大的浪涌冲击，一度被视为SRD中最理想的主开关器件。但SCR无自关断能力，开关频率低，强迫换相电路成本高，可靠性差，构成的SRD总体性能有局限。后来较多应用大功率晶体管GTR，但GTR承受浪涌电流能力差，存在二次击穿问题，不