开关磁阻电机开发应用和亟待解决的问题

第17卷　第6期山　西　煤　炭V o l.17　No.6 1997年12月SHA N XI CO A L Dec.1997

开关磁阻电机开发应用和

亟待解决的问题

马　莉 陈国林

(太原理工大学)　(太铁分局水电段)

摘　要　介绍一种新型的无级调速系统——开关磁阻电动机调速系统在我国开发应用的情况。阐述了该种电机在某些机械上的应用优势,同时提出了该种电机存在的某些技术问题亟待解决。

关键词　恒转矩;恒功率;速度稳定性

0　引　言

一种新型的调速系统——开关磁阻电机调速系统的兴起和发展,引起了国内外电工界的广泛关注。它是由开关磁阻电机(Sw itched Reluctance Mo to r)和电子馈电器组成,是典型的机电一体化的调速系统。开关磁阻电动机的调速性能可与直流电动机调速媲美,可控参数多,损耗小,效率高,起动电流小,起动转矩大;但结构比直流电机简单得多,无换向器和电刷,甚至比鼠笼型异步电动机还简单。转子无绕组,工作可靠,坚固耐用,特别适于在恶劣环境中使用。并且能实现高速运转(105r/min),这一特点是任何种类电机难以实现的,因此具有广阔的应用前景。

1　开发应用情况

我国是从80年代初开始进行开关磁阻电机调速的研究工作,十几年来国内的一些高等学校和科学研究院、科研所竞相研制开发,起步虽较晚,但发展的速度较快。目前已研制出0.2kW、0.55kW、0.75kW、1.1 kW、1.5kW、2.2kW、5.5kW、7.5kW、15kW、22kW、30kW功率等级的SR电机,电压等级为110V、127V、220V、380V.这些SR电机的底座安装尺寸及外型尺寸与Y系列4极笼型三相异步电动机完全相同,便于用户安装使用。

我国自行研制的SR电机调速系统,已应用于几个工业部门的十几种机械上,现列举应用实例。

1.1　SR电动机用于涤纶抽丝机

一般抽丝机采用直流电机调速系统拖动,调速性能优良的直流电动机完全能满足涤纶抽丝机的技术要求,但存在的问题是直流电机的换向器和电刷之间产生火花,在抽丝机负载变化大时,换向器出现严重的环火。SR电动机替换直流电动机后,根除了存在的问题。转速精度为±1.5r/min,完全满足涤纶抽丝机的技术要求;并且SR电机调速系统用于涤纶机的第1、2、3道牵伸机的成

本文第一作者:马　莉,女,1953年生,太原理工大学图书馆,馆员,030024 文稿收到日期:1996—08—19

本比直流电机调速系统降低约50%.

1.2　SR电动机用于染整联合机同步传动

目前,国内外染整联合机大都采用直流同步传动系统。纺织厂的染整车间环境十分恶劣,温度高,湿度大,化学腐蚀严重,直流电机的换向器与电刷间的火花大,换向器经常损坏。近年来,有人将异步电动机变频调速系统用于染整联合机,但由于异步电动机低频下输出转矩低(例如5Hz～6Hz时输出转矩为30%～40%),低速稳定性差,实际使用效果一般不理想。染整联合机使用SR 电机后,充分显示了结构简单,坚固可靠,适应恶劣环境的特点,同时很好地满足了染整联合机的12个单元的传动技术要求,实现了恒转矩宽调速。在50r/m in～1500r/min调速范围内恒转矩输出,即使在低速50r/m in 时仍能稳定运行。恒转矩调速比达1∶30,充分满足染整机的需要。

1.3　SR电机用于络筒机

作为纺纱的最后一道工序——络筒,其作用是将管纱络为筒纱,要求筒纱无叠绕,络纱过程断线时停车打结(接线),其特点是启动频繁,而且随着运行时间增加,负载逐渐增大。

络筒机的主要调速要求:一是匀加速软启动,防止突然启动将纱拉断。具体要求是0.3s内保证纱速达到100m/s(相当于电机转速300r/min)4s内电机匀加速至4000 r/m in;二是在4000r/min上下以±6%波动(防叠),4s为一个周期,即在3760r/min～4240r/m in范围内有规律地周期调速。

8098单片微机控制的SR电机调速系统应用在络筒机上,充分满足了络筒机的技术要求,提高了筒纱的质量,而且较异步电机变频调速系统节省投资1/3.

1.4　SR电机用于轧机辊道传动

根据轧机辊道的工作特点,一般也是采用直流电动机拖动,由正组可控桥和反组可控桥分别供电,实现直流电机的正反方向运行。其存在的缺点除直流电机的换向器和电刷弊病外,而且供电电路复杂、成本高。

SR电机用于轧机辊道传动具有两个明显优点:

a.一套功率电路就能实现电动机的正反方向运行;

b.起动转矩和制动转矩大,动态特性好。

1.5　SR电机用于胶带卷绕机

在煤矿中使用大量不同宽度的胶带,为节省开支,常常把两边磨损的宽胶带,剪去两边磨损部分,由卷绕机卷成卷,运到井下用于要求宽度较小的胶带输送机上。

对于胶带卷绕机要求:胶带被卷绕的过程中,胶带线速度和张力不变,以使成卷的胶带松紧均匀适中。

在卷绕过程中线速度V和张力F保持不变,则卷绕功率为

P=V F=常数.

由此可知,负载特性为恒功率。

卷绕滚筒的转矩为

T=FR.

式中:R——滚筒直径(包括已卷绕的胶带)。

由于F为常数,故T随R的增大而增大,因此胶带的线速度V与滚筒的转速n的关系为:

V=2 Rn.

因为V是常数,故要求转速n随卷径R 增大而减小,由上面关系式可得

n=

V

2

F

T1

=K

1

T1

.

式中:K——为一常数,K=VF/2 .

由此可见,滚筒的转矩T与转速n成反比。

SR电机的调速性能与直流电机一样,既能恒转矩输出,也能恒功率输出。调节转速给定旋钮,使SR电机运转在恒功率的转速范围内,电机按单片机程序自动调节转速,实现转速随滚筒直径增大而呈反比减小。

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