開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的研究與應用

王德龍

摘? 要：主要介紹了開關磁阻電機調速系統(tǒng)的優(yōu)點和在刮板輸送機上的研究應用。

關鍵詞：開關磁阻電機;開關磁阻電機調速系統(tǒng);刮板輸送機

一、開關磁阻電機調速系統(tǒng)的簡介

開關磁阻電機調速系統(tǒng)（簡稱“SRD”）是80年代中期發(fā)展起來的新型調速系統(tǒng)。它融新穎的電動機結構——開關磁阻電動機（簡稱“SR”）與現(xiàn)代電力電子技術、電氣控制技術為一體，兼有異步電動機變頻調速系統(tǒng)和直流電動機調速系統(tǒng)的優(yōu)點，因此它具有交流變頻調速系統(tǒng)及直流調速系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。其電機本身結構簡單、成本低，整個系統(tǒng)具有效率高、可控參數多、起動電流小、起動轉矩大等特點，因而可以在超高速的狀態(tài)下運行，而且堅固耐用，適合于惡劣條件下應用[1]。

隨著智能技術的不斷成熟及高速高效低價格的數字信號處理芯片（DSP）的出現(xiàn)、大功率開關磁阻電機的發(fā)展成熟，新型開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的應用，能大幅提高刮板輸送機的使用性能，具備其他驅動控制系統(tǒng)達不到的優(yōu)勢。

（1）起動轉矩可達額定轉矩的150%，起動電流僅為額定電流的30%，適用于重載頻繁起動。（2）系統(tǒng)為可逆調速系統(tǒng)，給定量為轉速，依據負載情況，電機可自動處于正向電動、制動，反向電動、制動狀態(tài)。（3）系統(tǒng)閉環(huán)調節(jié)，機械電氣時間常數小，調速精度高（4）“SR”電動機無刷無整流子，控制電器及電路結構簡單可靠，適用于惡劣的工礦條件，“SR”電動機損耗小、效率高，轉子不存在勵磁及轉差率，因此在很寬的調速范圍內效率高達87%以上。

二、刮板輸送機現(xiàn)有幾種控制方式的分析

目前我國煤礦用刮板輸送機、皮帶機使用的驅動控制方式主要有四種：（1）交流變頻調速;（2）軟啟動開關控制;（3）真空開關直接啟動;（4）雙速電機啟動。表1對幾種驅動控制方式優(yōu)缺點做了一簡單比較。

表1? 幾種驅動控制方式優(yōu)缺點對比

從表1幾種驅動控制方式對比中可以看出，開關磁阻電機調速技術與四種驅動控制方式相比具有無可比擬的技術優(yōu)勢，與刮板輸送機配合使用能夠保證刮板輸送機寬范圍調速、高轉矩大重載頻繁啟動、高可靠性等性能的實現(xiàn)。

三、開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的應用原理

（1）刮板輸送機用開關磁阻調速系統(tǒng)主要由刮板輸送機隔爆調速柜（圖1）與礦用隔爆型開關磁阻電動機構成。

圖1? 調速柜結構圖

（2）隔爆調速柜主要為開關磁阻控制器和工控部分兩部分組成，開關磁阻控制器又分為功率電路和控制電路?？刂破髦械墓β孰娐罚骰仞伈糠蛛娐穼⑷嘟涣麟娫崔D換為直流電，六個IGBT功率開關和續(xù)流二極管組成三相半橋式逆變電路，分別向電動機三相繞組供電。當一相功率開關導通時，經端子向電動機繞組通電;當功率開關關斷時，該繞組通過續(xù)流二極管向電容器C 續(xù)流和回饋能量，并使電流迅速降至零。這里功率開關同電動機繞組相串聯(lián)，避免了橋式逆變電路（如變頻器）易發(fā)生上下橋臂元件直通短路的危險，故工作可靠性高，保護電路也可簡化。

（3）開關磁阻控制器控制電路根據外部操作控制要求和電動機實際運行情況連續(xù)調節(jié)輸出信號，以通過驅動電路和功率電路改變電動機繞組的通電時刻，使之達到規(guī)定的運行要求，如轉向、轉矩、轉速、電動與制動等，并處于最佳工作狀態(tài)。控制電路由一個DSP及數字、模擬電路組成，工作穩(wěn)定、抗干擾能力強、響應快。

（4）工控部分主要由PLC、接觸器、繼電器、按鈕、電流顯示器等元件組成，是開關磁阻控制器的外圍控制系統(tǒng)。PLC是工控部分的核心控制單元，外部操作臺，柜門按鈕，旋轉開關等控制信號輸入給PLC，PLC按照預定程序對這些控制信號進行處理，輸出控制信號給開關磁阻控制器，以實現(xiàn)對開關磁阻電機的啟動、停止、調速等操作，同時PLC也接受開關磁阻控制器反饋信號，以判斷開關磁阻控制器當前運行狀態(tài)，并將運行狀態(tài)通過繼電器或485通訊輸出至外部操作臺。

（5）開關磁阻電動機結構十分簡單堅固，控制也十分方便，該型電機為定轉子雙凸極12/8齒結構。定子齒上有集中繞組，每四個齒的繞組相連接，構成A、B、C三相繞組。當某相繞組通電時，將產生一個使鄰近轉子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉矩。順序對各相繞組通電（如A-B-C-A……），則可使轉子連續(xù)轉動。改變通電次序，可改變電動機轉向?？刂圃撾娏鞯拇笮『屯〝嚯姇r刻，可以改變轉矩，改變轉速，還可以實現(xiàn)制動運行。

四、開關磁阻調速技術應用在刮板輸送機上的技術優(yōu)勢

（1）在能耗利用方面，由于開關磁阻調速系統(tǒng)具有非常小的控制器輸入電流和電機繞組電流，在正常運行下開關磁阻調速系統(tǒng)比同等功率變頻調速節(jié)能20%左右。（2）起動轉矩大、升速平穩(wěn)、起動電流小，起動轉矩可達額定轉矩的150%，起動電流僅為額定電流的30%，能夠保證刮板輸送機重載、頻繁啟動，提高刮板輸送機在不同工況條件下的使用性能。（3）電機運行時不產生高次諧波，對電網無污染，起動電流小，能減小啟動時系統(tǒng)對電網的大電流沖擊。（4）基于CAN實現(xiàn)雙機同步控制，兩臺電機可通過轉速/轉矩同步運行實現(xiàn)主機、從機雙機功率平衡。內置PLC，雙機通過I/O口及485通訊實現(xiàn)互鎖，主機或從機故障時自動停機保護，關閉故障電機，可以實現(xiàn)單機運行。（5）控制器與電機之間距離可達到800米，減少了設備挪移次數，提高了生產效率。（6）結構簡單堅固，無電刷無整流子，無轉子鼠籠，耐震動，耐沖擊負載;無機械沖擊，刮板機關鍵部件—鏈輪軸組、刮板、鏈條以及減速箱的使用壽命明顯提升2-4倍，從而降低了刮板機的使用成本和設備維護難度，生產效率提高了1倍多，具有顯著的經濟效益。

結論：開關磁阻電機調速技術在刮板運輸機上的應用，實現(xiàn)了刮板輸送機運行速度的快速調節(jié)以及重載狀態(tài)下的可靠啟動，較好的適應了刮板輸送機運行狀態(tài)多變的情況，不僅減少了刮板輸送機運行故障和關鍵部件的損耗，而且提高了整個綜采系統(tǒng)的開機率[2]，將為現(xiàn)有煤礦機械設備的技術配套和技術更新改造提供強有力的技術支持和可靠的設備保障。

參考文獻：

[1] 周永勤，王旭東.開關磁阻電動機調速技術研究.哈爾濱理工大學，2002.

[2] 張淑芳，韓君，歐陽一鳴.開關磁阻電機調速系統(tǒng)及其應用.合肥工業(yè)大學，宿州學院.endprint

摘? 要：主要介紹了開關磁阻電機調速系統(tǒng)的優(yōu)點和在刮板輸送機上的研究應用。

關鍵詞：開關磁阻電機;開關磁阻電機調速系統(tǒng);刮板輸送機

一、開關磁阻電機調速系統(tǒng)的簡介

開關磁阻電機調速系統(tǒng)（簡稱“SRD”）是80年代中期發(fā)展起來的新型調速系統(tǒng)。它融新穎的電動機結構——開關磁阻電動機（簡稱“SR”）與現(xiàn)代電力電子技術、電氣控制技術為一體，兼有異步電動機變頻調速系統(tǒng)和直流電動機調速系統(tǒng)的優(yōu)點，因此它具有交流變頻調速系統(tǒng)及直流調速系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。其電機本身結構簡單、成本低，整個系統(tǒng)具有效率高、可控參數多、起動電流小、起動轉矩大等特點，因而可以在超高速的狀態(tài)下運行，而且堅固耐用，適合于惡劣條件下應用[1]。

隨著智能技術的不斷成熟及高速高效低價格的數字信號處理芯片（DSP）的出現(xiàn)、大功率開關磁阻電機的發(fā)展成熟，新型開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的應用，能大幅提高刮板輸送機的使用性能，具備其他驅動控制系統(tǒng)達不到的優(yōu)勢。

（1）起動轉矩可達額定轉矩的150%，起動電流僅為額定電流的30%，適用于重載頻繁起動。（2）系統(tǒng)為可逆調速系統(tǒng)，給定量為轉速，依據負載情況，電機可自動處于正向電動、制動，反向電動、制動狀態(tài)。（3）系統(tǒng)閉環(huán)調節(jié)，機械電氣時間常數小，調速精度高（4）“SR”電動機無刷無整流子，控制電器及電路結構簡單可靠，適用于惡劣的工礦條件，“SR”電動機損耗小、效率高，轉子不存在勵磁及轉差率，因此在很寬的調速范圍內效率高達87%以上。

二、刮板輸送機現(xiàn)有幾種控制方式的分析

目前我國煤礦用刮板輸送機、皮帶機使用的驅動控制方式主要有四種：（1）交流變頻調速;（2）軟啟動開關控制;（3）真空開關直接啟動;（4）雙速電機啟動。表1對幾種驅動控制方式優(yōu)缺點做了一簡單比較。

表1? 幾種驅動控制方式優(yōu)缺點對比

從表1幾種驅動控制方式對比中可以看出，開關磁阻電機調速技術與四種驅動控制方式相比具有無可比擬的技術優(yōu)勢，與刮板輸送機配合使用能夠保證刮板輸送機寬范圍調速、高轉矩大重載頻繁啟動、高可靠性等性能的實現(xiàn)。

三、開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的應用原理

（1）刮板輸送機用開關磁阻調速系統(tǒng)主要由刮板輸送機隔爆調速柜（圖1）與礦用隔爆型開關磁阻電動機構成。

圖1? 調速柜結構圖

（2）隔爆調速柜主要為開關磁阻控制器和工控部分兩部分組成，開關磁阻控制器又分為功率電路和控制電路?？刂破髦械墓β孰娐罚骰仞伈糠蛛娐穼⑷嘟涣麟娫崔D換為直流電，六個IGBT功率開關和續(xù)流二極管組成三相半橋式逆變電路，分別向電動機三相繞組供電。當一相功率開關導通時，經端子向電動機繞組通電;當功率開關關斷時，該繞組通過續(xù)流二極管向電容器C 續(xù)流和回饋能量，并使電流迅速降至零。這里功率開關同電動機繞組相串聯(lián)，避免了橋式逆變電路（如變頻器）易發(fā)生上下橋臂元件直通短路的危險，故工作可靠性高，保護電路也可簡化。

（3）開關磁阻控制器控制電路根據外部操作控制要求和電動機實際運行情況連續(xù)調節(jié)輸出信號，以通過驅動電路和功率電路改變電動機繞組的通電時刻，使之達到規(guī)定的運行要求，如轉向、轉矩、轉速、電動與制動等，并處于最佳工作狀態(tài)。控制電路由一個DSP及數字、模擬電路組成，工作穩(wěn)定、抗干擾能力強、響應快。

（4）工控部分主要由PLC、接觸器、繼電器、按鈕、電流顯示器等元件組成，是開關磁阻控制器的外圍控制系統(tǒng)。PLC是工控部分的核心控制單元，外部操作臺，柜門按鈕，旋轉開關等控制信號輸入給PLC，PLC按照預定程序對這些控制信號進行處理，輸出控制信號給開關磁阻控制器，以實現(xiàn)對開關磁阻電機的啟動、停止、調速等操作，同時PLC也接受開關磁阻控制器反饋信號，以判斷開關磁阻控制器當前運行狀態(tài)，并將運行狀態(tài)通過繼電器或485通訊輸出至外部操作臺。

（5）開關磁阻電動機結構十分簡單堅固，控制也十分方便，該型電機為定轉子雙凸極12/8齒結構。定子齒上有集中繞組，每四個齒的繞組相連接，構成A、B、C三相繞組。當某相繞組通電時，將產生一個使鄰近轉子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉矩。順序對各相繞組通電（如A-B-C-A……），則可使轉子連續(xù)轉動。改變通電次序，可改變電動機轉向?？刂圃撾娏鞯拇笮『屯〝嚯姇r刻，可以改變轉矩，改變轉速，還可以實現(xiàn)制動運行。

四、開關磁阻調速技術應用在刮板輸送機上的技術優(yōu)勢

（1）在能耗利用方面，由于開關磁阻調速系統(tǒng)具有非常小的控制器輸入電流和電機繞組電流，在正常運行下開關磁阻調速系統(tǒng)比同等功率變頻調速節(jié)能20%左右。（2）起動轉矩大、升速平穩(wěn)、起動電流小，起動轉矩可達額定轉矩的150%，起動電流僅為額定電流的30%，能夠保證刮板輸送機重載、頻繁啟動，提高刮板輸送機在不同工況條件下的使用性能。（3）電機運行時不產生高次諧波，對電網無污染，起動電流小，能減小啟動時系統(tǒng)對電網的大電流沖擊。（4）基于CAN實現(xiàn)雙機同步控制，兩臺電機可通過轉速/轉矩同步運行實現(xiàn)主機、從機雙機功率平衡。內置PLC，雙機通過I/O口及485通訊實現(xiàn)互鎖，主機或從機故障時自動停機保護，關閉故障電機，可以實現(xiàn)單機運行。（5）控制器與電機之間距離可達到800米，減少了設備挪移次數，提高了生產效率。（6）結構簡單堅固，無電刷無整流子，無轉子鼠籠，耐震動，耐沖擊負載;無機械沖擊，刮板機關鍵部件—鏈輪軸組、刮板、鏈條以及減速箱的使用壽命明顯提升2-4倍，從而降低了刮板機的使用成本和設備維護難度，生產效率提高了1倍多，具有顯著的經濟效益。

結論：開關磁阻電機調速技術在刮板運輸機上的應用，實現(xiàn)了刮板輸送機運行速度的快速調節(jié)以及重載狀態(tài)下的可靠啟動，較好的適應了刮板輸送機運行狀態(tài)多變的情況，不僅減少了刮板輸送機運行故障和關鍵部件的損耗，而且提高了整個綜采系統(tǒng)的開機率[2]，將為現(xiàn)有煤礦機械設備的技術配套和技術更新改造提供強有力的技術支持和可靠的設備保障。

參考文獻：

[1] 周永勤，王旭東.開關磁阻電動機調速技術研究.哈爾濱理工大學，2002.

[2] 張淑芳，韓君，歐陽一鳴.開關磁阻電機調速系統(tǒng)及其應用.合肥工業(yè)大學，宿州學院.endprint

摘? 要：主要介紹了開關磁阻電機調速系統(tǒng)的優(yōu)點和在刮板輸送機上的研究應用。

關鍵詞：開關磁阻電機;開關磁阻電機調速系統(tǒng);刮板輸送機

一、開關磁阻電機調速系統(tǒng)的簡介

開關磁阻電機調速系統(tǒng)（簡稱“SRD”）是80年代中期發(fā)展起來的新型調速系統(tǒng)。它融新穎的電動機結構——開關磁阻電動機（簡稱“SR”）與現(xiàn)代電力電子技術、電氣控制技術為一體，兼有異步電動機變頻調速系統(tǒng)和直流電動機調速系統(tǒng)的優(yōu)點，因此它具有交流變頻調速系統(tǒng)及直流調速系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。其電機本身結構簡單、成本低，整個系統(tǒng)具有效率高、可控參數多、起動電流小、起動轉矩大等特點，因而可以在超高速的狀態(tài)下運行，而且堅固耐用，適合于惡劣條件下應用[1]。

隨著智能技術的不斷成熟及高速高效低價格的數字信號處理芯片（DSP）的出現(xiàn)、大功率開關磁阻電機的發(fā)展成熟，新型開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的應用，能大幅提高刮板輸送機的使用性能，具備其他驅動控制系統(tǒng)達不到的優(yōu)勢。

（1）起動轉矩可達額定轉矩的150%，起動電流僅為額定電流的30%，適用于重載頻繁起動。（2）系統(tǒng)為可逆調速系統(tǒng)，給定量為轉速，依據負載情況，電機可自動處于正向電動、制動，反向電動、制動狀態(tài)。（3）系統(tǒng)閉環(huán)調節(jié)，機械電氣時間常數小，調速精度高（4）“SR”電動機無刷無整流子，控制電器及電路結構簡單可靠，適用于惡劣的工礦條件，“SR”電動機損耗小、效率高，轉子不存在勵磁及轉差率，因此在很寬的調速范圍內效率高達87%以上。

二、刮板輸送機現(xiàn)有幾種控制方式的分析

目前我國煤礦用刮板輸送機、皮帶機使用的驅動控制方式主要有四種：（1）交流變頻調速;（2）軟啟動開關控制;（3）真空開關直接啟動;（4）雙速電機啟動。表1對幾種驅動控制方式優(yōu)缺點做了一簡單比較。

表1? 幾種驅動控制方式優(yōu)缺點對比

從表1幾種驅動控制方式對比中可以看出，開關磁阻電機調速技術與四種驅動控制方式相比具有無可比擬的技術優(yōu)勢，與刮板輸送機配合使用能夠保證刮板輸送機寬范圍調速、高轉矩大重載頻繁啟動、高可靠性等性能的實現(xiàn)。

三、開關磁阻電機調速技術在刮板輸送機上的應用原理

（1）刮板輸送機用開關磁阻調速系統(tǒng)主要由刮板輸送機隔爆調速柜（圖1）與礦用隔爆型開關磁阻電動機構成。

圖1? 調速柜結構圖

（2）隔爆調速柜主要為開關磁阻控制器和工控部分兩部分組成，開關磁阻控制器又分為功率電路和控制電路?？刂破髦械墓β孰娐罚骰仞伈糠蛛娐穼⑷嘟涣麟娫崔D換為直流電，六個IGBT功率開關和續(xù)流二極管組成三相半橋式逆變電路，分別向電動機三相繞組供電。當一相功率開關導通時，經端子向電動機繞組通電;當功率開關關斷時，該繞組通過續(xù)流二極管向電容器C 續(xù)流和回饋能量，并使電流迅速降至零。這里功率開關同電動機繞組相串聯(lián)，避免了橋式逆變電路（如變頻器）易發(fā)生上下橋臂元件直通短路的危險，故工作可靠性高，保護電路也可簡化。

（3）開關磁阻控制器控制電路根據外部操作控制要求和電動機實際運行情況連續(xù)調節(jié)輸出信號，以通過驅動電路和功率電路改變電動機繞組的通電時刻，使之達到規(guī)定的運行要求，如轉向、轉矩、轉速、電動與制動等，并處于最佳工作狀態(tài)?？刂齐娐酚梢粋€DSP及數字、模擬電路組成，工作穩(wěn)定、抗干擾能力強、響應快。

（4）工控部分主要由PLC、接觸器、繼電器、按鈕、電流顯示器等元件組成，是開關磁阻控制器的外圍控制系統(tǒng)。PLC是工控部分的核心控制單元，外部操作臺，柜門按鈕，旋轉開關等控制信號輸入給PLC，PLC按照預定程序對這些控制信號進行處理，輸出控制信號給開關磁阻控制器，以實現(xiàn)對開關磁阻電機的啟動、停止、調速等操作，同時PLC也接受開關磁阻控制器反饋信號，以判斷開關磁阻控制器當前運行狀態(tài)，并將運行狀態(tài)通過繼電器或485通訊輸出至外部操作臺。

（5）開關磁阻電動機結構十分簡單堅固，控制也十分方便，該型電機為定轉子雙凸極12/8齒結構。定子齒上有集中繞組，每四個齒的繞組相連接，構成A、B、C三相繞組。當某相繞組通電時，將產生一個使鄰近轉子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉矩。順序對各相繞組通電（如A-B-C-A……），則可使轉子連續(xù)轉動。改變通電次序，可改變電動機轉向?？刂圃撾娏鞯拇笮『屯〝嚯姇r刻，可以改變轉矩，改變轉速，還可以實現(xiàn)制動運行。

四、開關磁阻調速技術應用在刮板輸送機上的技術優(yōu)勢

（1）在能耗利用方面，由于開關磁阻調速系統(tǒng)具有非常小的控制器輸入電流和電機繞組電流，在正常運行下開關磁阻調速系統(tǒng)比同等功率變頻調速節(jié)能20%左右。（2）起動轉矩大、升速平穩(wěn)、起動電流小，起動轉矩可達額定轉矩的150%，起動電流僅為額定電流的30%，能夠保證刮板輸送機重載、頻繁啟動，提高刮板輸送機在不同工況條件下的使用性能。（3）電機運行時不產生高次諧波，對電網無污染，起動電流小，能減小啟動時系統(tǒng)對電網的大電流沖擊。（4）基于CAN實現(xiàn)雙機同步控制，兩臺電機可通過轉速/轉矩同步運行實現(xiàn)主機、從機雙機功率平衡。內置PLC，雙機通過I/O口及485通訊實現(xiàn)互鎖，主機或從機故障時自動停機保護，關閉故障電機，可以實現(xiàn)單機運行。（5）控制器與電機之間距離可達到800米，減少了設備挪移次數，提高了生產效率。（6）結構簡單堅固，無電刷無整流子，無轉子鼠籠，耐震動，耐沖擊負載;無機械沖擊，刮板機關鍵部件—鏈輪軸組、刮板、鏈條以及減速箱的使用壽命明顯提升2-4倍，從而降低了刮板機的使用成本和設備維護難度，生產效率提高了1倍多，具有顯著的經濟效益。

結論：開關磁阻電機調速技術在刮板運輸機上的應用，實現(xiàn)了刮板輸送機運行速度的快速調節(jié)以及重載狀態(tài)下的可靠啟動，較好的適應了刮板輸送機運行狀態(tài)多變的情況，不僅減少了刮板輸送機運行故障和關鍵部件的損耗，而且提高了整個綜采系統(tǒng)的開機率[2]，將為現(xiàn)有煤礦機械設備的技術配套和技術更新改造提供強有力的技術支持和可靠的設備保障。

參考文獻：

[1] 周永勤，王旭東.開關磁阻電動機調速技術研究.哈爾濱理工大學，2002.

[2] 張淑芳，韓君，歐陽一鳴.開關磁阻電機調速系統(tǒng)及其應用.合肥工業(yè)大學，宿州學院.endprint