摘 要：主要介绍了开关磁阻电动机凋速系统的特点，工作原理和结构以及在矿用设备中的应用，并以生产实践证明开发系统的可行性。

　　关键词：开关磁阻电动机 调速系统 矿用设备应用

　　开关磁阻电动机调速系统（简称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国际一k2o世纪80年代推出的一种性价比极高，具有典型机电一体化结构的无极调速系统。其特有的优势被广泛的应用在许多领域，尤其是在矿用设备中的应用更是受到了极大关注

　　1 工作原理和结构

　　开关磁阻电动机调速系统（简称SRD）由开关磁阻电动机（简称sR）和控制器组成。系统框图如图1。

　　SR为定、转子双凸极结构。定子极上装有集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣高温环境；转子既无绕组，也无永磁体，可工作于极高转速。现在开发的产品主要有8／6极、12／8极结构。图2为三相、12／8极的SR结构示意图，其定子上每四个极的绕组相连接，构成A、B、c三相绕组，当某相绕组通电时，将产生一个使邻近转子极与该相绕组轴线相重合的电磁转矩。顺序对各相绕组通电（如A—B—c—A.），则可使转子连续转动。改变通电次序，可改变电动机转向。控制该电流的大小和通断电时刻，可以改变转矩和转速，还可以实现制动运行。该电动机结构十分简单、坚固，控制也十分方便。

　　为了检测电动机转子的瞬时位置和转速，在sR上装有传感器，它能及时的把转子相对定子的位置反馈给控制电路。

　　图3表示控制器中的功率电路。三相交流电源经二极管整流桥V转换为直流电源。六个IGBT功率开关和续流二极管组成三相半桥式逆变电路，分别向电动机三相绕组供电。当一相功率开关（如TA、TA ）导通时，经端子（Al、A2）向电动机绕组（A组）通电。当关断时，该绕组通过续流二极管（D A、DA ）向电容器C续流和回馈能量，并使电流迅速降至零。

　　控制电路的作用是根据外部操作控制要求和电动机实际运行情况连续调节输出信号，通过驱动电路和功率电路改变电动机的通电，使之达到规定的运行要求，如转向、转矩、转速、电动与制动等，并处于最佳工作状态。

　　2 开关磁阻电动机调速系统的特点

　　SRD具有连续调速范围宽、电动机结构简单、功率电路可靠、系统效率高、起动电流小且转矩大（在30％的额定电流下，起动转矩可高达150％）、SR的可控参数多、控制方式灵活、容错性好、转矩方向与电流方向无关、堵转电流极小等优点。当然SRD也存在如振动噪声较大、低速转矩脉动较大等不足，但随着研究的深入，这些缺点正在被逐步克服。综上所述：SRD特别适合重载起动和较长时间低速重载运行、频繁起停及反向转换运行的设备，例如煤矿设备中的绞车，各种输送机，采掘设备，频繁换向的刨煤机等。

　　3 在煤矿设备中的应用

　　近几年来，根据矿用设备对调速及软起动的要求，我们和北京摩迪通调速电机开发有限公司在SRD方面做了大量的产品研发．并且收到了较好的效果。

　　3．1 SRD在绞车中的应用

　　煤矿绞车是往井下运输材料和设备的主要工具，是典型的带载起动，频繁正反换向的工况。过去常选用高起动转矩的交流异步电动机，由于大的频繁的起动电流，往往使用几个月就烧坏了，且与之配套的齿轮箱，钢丝绳也受其影响而寿命不长。

　　经过与用户充分讨论与协商，首次试制产品的sRD的型号为KCB132，额定电压为660V。经过半年多的研制，2003年首台开关磁阻电动机调速系统完成。其额定电流为139A，起动电流为40A～55A。而相同功率的普通交流异步电动机的起动电流为625A～695A。此系统和煤矿井下绞车配套使用后，除调试阶段发生一些小故障，换过一次钢丝绳（相对普通交流异步电动机钢丝绳的寿命提高了两倍多）外，至今没有出现电动机烧坏，齿轮箱损坏的故障。使用一年后，已在全局进行了推广使用。

　　3．2 SRD在井下输送机中的应用

　　煤矿井下输送机是把井下采掘的原煤输送到井上的一种重要设备，也是井下使用动力最多的设备之一。单台电机功率较大，从22kW～U 1 800kW。其中，使用最多的是250kW～400kW，研制成功的250kW～400kW对推广使用SRD的现实意义非常重大。

　　SRD的此项应用分为两个课题：280kW×2（1 140V）皮带运输机用驱动系统和400kW×2（1 140V）皮带运输机用驱动系统。这两个课题相对SR来说，选用的大功率、高电压在国内外可能都是首次。

　　研制结果尽管起动转矩、最大转矩、功率因素和起动电流等大部分性能指标都较好，但也出现了许多问题，主要问题有以下几条：

　　（1）SR发热问题

　　KCB400kW和同功率同体积的交流异步电动机YB400．4．400kW相比，温升要高的多、在做型式试验中，前者温度升至130℃后继续上升，后者绕组温度升到105。c就达到了平衡（经计算温升只有75K）。 另外，试验测得的数据还显示KCB400kw的效率为92％，Y B400．4．400kW～效率为94．5％。因为KCB400kW定子槽的利用率高，绕组的导线截面选的比YB400—4—400kW大，而且功率因素也较YB400—4—400kW大，因此，KCB400kW要kLY B400．4．400kW的铜耗小一点。而两种电机的机械耗相同 ．由此可以看出：KCB400kw的损耗大在铁耗上。

　　据《开关磁阻电机没汁与应用》一书第五章对SR样机进行的试验分析：钢耗占50．6％、铁耗占29．8％、机械耗和杂散耗共占19．6％，铜耗占主要部分。

　　小功率的sR要比同功率的交流异步电动机的铜耗小的多，总体效率也较高．所以，小功率SR的温升与同功率的交流异步电动机区别不大，甚至还要低。但是随着功率的增加，体积相应变大，铁耗占的比例也和交流异步电动机一样越来越大，如表1

 
　　从表l数据可以看出，随着功率的增加铁耗占的比例越来越大

　　交流异步电动机的损耗汁算公式为：

　　由于结构不同，SR不能按此公式计算，但频率的增加，肯定会导致此损耗加大。并且SR基波频率往往高达200Hz以上，转子铁耗就不能象交流异步电动机一佯，可忽略不汁。因此，大功率sR的铁耗是影响其温升的一个主要方面。这说明现有S ROCJ设计理论还不够完善，尤其是对铁心损耗@ii一算还没有形成一种成熟的理论。铁心中磁通的波形及其变化规律与转速，斩波电流，开通角和关断角等关系暂切 其变化规律要比异步电动机复杂的多，而且异步电动机的铁耗到目前为止也没有一个很好的数学模型，在相当程度上还要靠经验。不能预见SR铁耗．铁耗的研究将是SR研究的核心问题。

　　在本课题的sR改进设计中，针对其温升问题，我们适当的增加了铁心长度，采用了H级绝缘．选用了低损耗的硅钢片，对转子冲片进行了绝缘处理，以及对电机的冷却方式进行 改进。通过这些措施的实施．满足了本课题SR的可靠运行：

　　（2）防爆开关控制柜的过冷凝露问题

　　井下防爆开关控制卡匝的过冷凝露问题导致lGBT管破裂，经过控制冷却系统改善内部风路已得到解决。

　　（3）SR的定子绕组绝缘问题

　　SR的定子绕组匝间烧坏，后经采用防电晕电磁线后问题得到有效解决。

　　4 目前的状况和未来的发展方向

　　现已成功开发出国内最大的400kW开关磁阻电动调速系统，并应用在煤矿输送机上。因SR结构简单，系统可靠性高，不仅减少了检修次数而且大大提高了皮带等的使用寿命。我们将会更进一步深入的研究，有望在不久的将来，研制出井下刨煤机上使用的开关磁阻电动机调速系统，来替代进口产品。向更大功率方向发展，满足高效高产矿井对开关磁阻电动机调速系统的多方面需求，更好的服务于煤矿生产，是我们努力的方向。

　　参 考 文 献

　　1 吴建华开关型磁阻电机没计与应用．机械工业出版社，2000．6．

　　2 胡中岳．现代交流涧速技术．机械工业出版社。