礦用無刷直流電機(jī)繞組導(dǎo)通方式研究

劉立民

【摘要】 隨之電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展，無刷直流電機(jī)的控制技術(shù)也不斷進(jìn)步。本文在分析井下安全生產(chǎn)形勢(shì)和礦用無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，開展對(duì)礦用無刷直流電機(jī)繞組導(dǎo)通方式的研究，將兩兩通和三三通的合成力矩進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：兩兩通是礦用無刷直流電機(jī)繞組導(dǎo)通方式的理想選擇。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 無刷直流電機(jī) 導(dǎo)通 兩兩通

隨著煤礦開采深度和強(qiáng)度的不斷增加，井下安全生產(chǎn)問題越來越重要，對(duì)礦用產(chǎn)品的安全性和可靠性要求不斷提高。礦用無刷直流電機(jī)具有起動(dòng)特性好、輸出轉(zhuǎn)矩大和調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，是煤礦井下重要的設(shè)備之一，其性能好壞直接關(guān)系到安全生產(chǎn)工作能否順利開展。

一、礦用無刷直流電機(jī)

礦用無刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)的重要區(qū)別是換向方式的變化，有刷直流電機(jī)依靠機(jī)械換向裝置換向，換向過程可能產(chǎn)生火花，所以不能再煤礦井下應(yīng)用；礦用無刷直流電機(jī)依靠電子換向器，換向過程安全可靠，沒有爆炸的安全隱患，所以在煤礦井下具有廣闊的應(yīng)用空間。

礦用無刷直流電機(jī)工作過程如下：處理器采集轉(zhuǎn)子位置傳感器反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，根據(jù)換相邏發(fā)送不同的控制信號(hào)給橋式驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路不同橋臂的功率開關(guān)管導(dǎo)通，進(jìn)而控制定子繞組不同的通電方式，在定子繞組上產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)相互作用拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。伴隨電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，位置傳感器發(fā)送不同的信號(hào)，處理器的控制指令也發(fā)生變化，改變電子繞組的通電狀態(tài)，使得定子繞組電流電磁場(chǎng)和永磁體磁場(chǎng)之間一直具有恒定的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在電流作用產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。

二、礦用無刷直流電機(jī)導(dǎo)通方式

根據(jù)礦用無刷直流電機(jī)主回路控制方式的不同分為三相半控和三相全控兩種類型，三相半控方式驅(qū)動(dòng)電路由三個(gè)功率開關(guān)管并聯(lián)組成，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但繞組利用率低，每個(gè)周期內(nèi)繞組只有1/3的時(shí)間通電，另外2/3時(shí)間則不通電，繞組利用率低；三相全控方式的橋式驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)功率開關(guān)管兩兩串組成三個(gè)橋臂，然后三橋臂相互并聯(lián)組成，工作過程中至少有兩相繞組同時(shí)通電，繞組利用效率高，因此本文選用三相全控方式控制。在三相全控方式電路中，假如同一橋臂繞組同時(shí)導(dǎo)通相當(dāng)于直接將電源短接，所以在礦用無刷直流電機(jī)三相全控方式時(shí)，絕對(duì)不允許同一橋臂的功率開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通。

礦用無刷直流電機(jī)繞組導(dǎo)通方式是指在工作上的瞬間由幾相繞組同時(shí)通電，兩兩導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式是永磁無刷直流電機(jī)全控式控制系統(tǒng)常見的繞組導(dǎo)通方式。在礦用無刷直流電機(jī)兩兩導(dǎo)通方式時(shí)，同一瞬間都有不同橋臂的兩個(gè)功率器件導(dǎo)通，每隔1/6周期換相一次，假設(shè)定義流入繞組的電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向?yàn)檎?，?Ta，則流出（另一個(gè)繞組）電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向?yàn)樨?fù)，即-Ta，則流入和流出電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和為Ta，如圖1所示。

在礦用無刷直流電機(jī)三三導(dǎo)通方式時(shí)，同一瞬間都有不同橋臂的三個(gè)功率器件導(dǎo)通，每隔600的電角度換相一次，功率器件的導(dǎo)通角度為1800電角度。假設(shè)流入繞組的電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向?yàn)檎?，?Ta，則流出電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向?yàn)樨?fù)，即-Ta，則流入河流出電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和為1.5Ta，如圖2所示。

圖1礦用無刷直流電機(jī)繞組兩兩導(dǎo)通方式

圖2礦用無刷直流電機(jī)繞組三三導(dǎo)通方式合成力矩

三、結(jié)束語

通過礦用無刷直流電機(jī)繞組導(dǎo)通方式進(jìn)行對(duì)比分析可得：繞組兩兩通方式的輸出轉(zhuǎn)矩大于三三通方式，對(duì)于三相礦用無刷直流電機(jī)，為了獲得更大的輸出力矩，主回路繞組通電控制方式采用兩兩導(dǎo)通方式更適合。隨之我國(guó)現(xiàn)代化礦井建設(shè)的不斷推進(jìn)，礦用無刷直流電機(jī)將在煤礦安全生產(chǎn)中起到越來越重要的地位，開展礦用無刷電機(jī)繞組導(dǎo)通方式的研究對(duì)于提高井下安全生產(chǎn)設(shè)備的可靠性，排除安全生產(chǎn)隱患和改善電機(jī)控制技術(shù)具有重要的意義。

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