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　　摘 要：主要介紹了開關磁阻電動機凋速系統的特點，工作原理和結構以及在礦用設備中的應用，并以生產實踐證明開發系統的可行性。

　　關鍵詞：開關磁阻電動機 調速系統 礦用設備應用

　　開關磁阻電動機調速系統（簡稱SRD）兼有直流、交流兩類調速系統的優點，是繼交流變頻器之后國際一k2o世紀80年代推出的一種性價比極高，具有典型機電一體化結構的無極調速系統。其特有的優勢被廣泛的應用在許多領域，尤其是在礦用設備中的應用更是受到了極大關注

　　1 工作原理和結構

　　開關磁阻電動機調速系統（簡稱SRD）由開關磁阻電動機（簡稱sR）和控制器組成。系統框圖如圖1。

　　SR為定、轉子雙凸極結構。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境；轉子既無繞組，也無永磁體，可工作于極高轉速。現在開發的產品主要有8／6極、12／8極結構。圖2為三相、12／8極的SR結構示意圖，其定子上每四個極的繞組相連接，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極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.），則可使轉子連續轉動。改變通電次序，可改變電動機轉向。控制該電流的大小和通斷電時刻，可以改變轉矩和轉速，還可以實現制動運行。該電動機結構十分簡單、堅固，控制也十分方便。

　　為了檢測電動機轉子的瞬時位置和轉速，在sR上裝有傳感器，它能及時的把轉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。三相交流電源經二極管整流橋V轉換為直流電源。六個IGBT功率開關和續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（如TA、TA ）導通時，經端子（Al、A2）向電動機繞組（A組）通電。當關斷時，該繞組通過續流二極管（D A、DA ）向電容器C續流和回饋能量，并使電流迅速降至零。

　　控制電路的作用是根據外部操作控制要求和電動機實際運行情況連續調節輸出信號，通過驅動電路和功率電路改變電動機的通電，使之達到規定的運行要求，如轉向、轉矩、轉速、電動與制動等，并處于最佳工作狀態。

　　2 開關磁阻電動機調速系統的特點

　　SRD具有連續調速范圍寬、電動機結構簡單、功率電路可靠、系統效率高、起動電流小且轉矩大（在30％的額定電流下，起動轉矩可高達150％）、SR的可控參數多、控制方式靈活、容錯性好、轉矩方向與電流方向無關、堵轉電流極小等優點。當然SRD也存在如振動噪聲較大、低速轉矩脈動較大等不足，但隨著研究的深入，這些缺點正在被逐步克服。綜上所述：SRD特別適合重載起動和較長時間低速重載運行、頻繁起停及反向轉換運行的設備，例如煤礦設備中的絞車，各種輸送機，采掘設備，頻繁換向的刨煤機等。

　　3 在煤礦設備中的應用

　　近幾年來，根據礦用設備對調速及軟起動的要求，我們和北京摩迪通調速電機開發有限公司在SRD方面做了大量的產品研發．并且收到了較好的效果。

　　3．1 SRD在絞車中的應用

　　煤礦絞車是往井下運輸材料和設備的主要工具，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矩的交流異步電動機，由于大的頻繁的起動電流，往往使用幾個月就燒壞了，且與之配套的齒輪箱，鋼絲繩也受其影響而壽命不長。

　　經過與用戶充分討論與協商，首次試制產品的sRD的型號為KCB132，額定電壓為660V。經過半年多的研制，2003年首臺開關磁阻電動機調速系統完成。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的起動電流為625A～695A。此系統和煤礦井下絞車配套使用后，除調試階段發生一些小故障，換過一次鋼絲繩（相對普通交流異步電動機鋼絲繩的壽命提高了兩倍多）外，至今沒有出現電動機燒壞，齒輪箱損壞的故障。使用一年后，已在全局進行了推廣使用。

　　3．2 SRD在井下輸送機中的應用

　　煤礦井下輸送機是把井下采掘的原煤輸送到井上的一種重要設備，也是井下使用動力最多的設備之一。單臺電機功率較大，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的現實意義非常重大。

　　SRD的此項應用分為兩個課題：280kW×2（1 140V）皮帶運輸機用驅動系統和400kW×2（1 140V）皮帶運輸機用驅動系統。這兩個課題相對SR來說，選用的大功率、高電壓在國內外可能都是首次。

　　研制結果盡管起動轉矩、最大轉矩、功率因素和起動電流等大部分性能指標都較好，但也出現了許多問題，主要問題有以下幾條：

　　（1）SR發熱問題

　　KCB400kW和同功率同體積的交流異步電動機YB400．4．400kW相比，溫升要高的多、在做型式試驗中，前者溫度升至130℃后繼續上升，后者繞組溫度升到105。c就達到了平衡（經計算溫升只有75K）。 另外，試驗測得的數據還顯示KCB400kw的效率為92％，Y B400．4．400kW～效率為94．5％。因為KCB400kW定子槽的利用率高，繞組的導線截面選的比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。而兩種電機的機械耗相同 ．由此可以看出：KCB400kw的損耗大在鐵耗上。

　　據《開關磁阻電機沒汁與應用》一書第五章對SR樣機進行的試驗分析：鋼耗占50．6％、鐵耗占29．8％、機械耗和雜散耗共占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區別不大，甚至還要低。但是隨著功率的增加，體積相應變大，鐵耗占的比例也和交流異步電動機一樣越來越大，如表1

 
　　從表l數據可以看出，隨著功率的增加鐵耗占的比例越來越大

　　交流異步電動機的損耗汁算公式為：

　　由于結構不同，SR不能按此公式計算，但頻率的增加，肯定會導致此損耗加大。并且SR基波頻率往往高達200Hz以上，轉子鐵耗就不能象交流異步電動機一佯，可忽略不汁。因此，大功率sR的鐵耗是影響其溫升的一個主要方面。這說明現有S ROCJ設計理論還不夠完善，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律與轉速，斬波電流，開通角和關斷角等關系暫切 其變化規律要比異步電動機復雜的多，而且異步電動機的鐵耗到目前為止也沒有一個很好的數學模型，在相當程度上還要靠經驗。不能預見SR鐵耗．鐵耗的研究將是SR研究的核心問題。

　　在本課題的sR改進設計中，針對其溫升問題，我們適當的增加了鐵心長度，采用了H級絕緣．選用了低損耗的硅鋼片，對轉子沖片進行了絕緣處理，以及對電機的冷卻方式進行 改進。通過這些措施的實施．滿足了本課題SR的可靠運行：

　　（2）防爆開關控制柜的過冷凝露問題

　　井下防爆開關控制卡匝的過冷凝露問題導致lGBT管破裂，經過控制冷卻系統改善內部風路已得到解決。

　　（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展方向

　　現已成功開發出國內最大的400kW開關磁阻電動調速系統，并應用在煤礦輸送機上。因SR結構簡單，系統可靠性高，不僅減少了檢修次數而且大大提高了皮帶等的使用壽命。我們將會更進一步深入的研究，有望在不久的將來，研制出井下刨煤機上使用的開關磁阻電動機調速系統，來替代進口產品。向更大功率方向發展，滿足高效高產礦井對開關磁阻電動機調速系統的多方面需求，更好的服務于煤礦生產，是我們努力的方向。

　　參 考 文 獻

　　1 吳建華開關型磁阻電機沒計與應用．機械工業出版社，2000．6．

　　2 胡中岳．現代交流澗速技術．機械工業出版社。