1．引言
開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是由電力電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)磁阻式電機(jī)相結(jié)合，發(fā)展起來的新型無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。電力電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，加之控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的進(jìn)步·使這種結(jié)構(gòu)上最簡(jiǎn)單的電機(jī)，近二十年來，在電氣傳動(dòng)界異軍突起，倍受國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的重視+目前已成為研究熱點(diǎn)之一。
2、開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器及控制器組成，是集電機(jī)、電力電子、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)，它主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低。
2)啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)力矩大、啟動(dòng)電流小，每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)不受限制。
3)四象限控制方便，可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。
4)容錯(cuò)性能優(yōu)，也不怕長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)，系統(tǒng)可靠性高。
51系統(tǒng)效率高，不僅在額定輸出狀態(tài)下有比其它電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)高的效率，而且在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)也能保持高效率運(yùn)行，節(jié)能效果顯著。
6)煤礦井下應(yīng)用前景廣，適合在高粉塵、易燃、易爆等惡劣環(huán)境下運(yùn)行，可為提高煤礦井下電氣傳動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行可靠性和延長(zhǎng)其電動(dòng)機(jī)使用壽命開辟一條新途徑，對(duì)提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、減少不安全因素和降低事故率具有重要意義。
3、工礦電機(jī)車開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)
對(duì)煤礦井下工礦電機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行更新和改造，用開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作煤礦井F工礦電機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)，研制出了SR7KW5-5TX/E工礦電機(jī)車開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。
SR7KW5-5TX/E工礦電機(jī)車開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，是一種工礦電機(jī)車牽引用雙開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)。它用于粘重5噸隔爆蓄電池型工礦電機(jī)車。它由牽引電動(dòng)機(jī)和控制器組成。供電電源為蓄電池維，額定電源電壓88V—96VDC，容量330安時(shí)，小時(shí)制電流224A。牽引電動(dòng)機(jī)為兩臺(tái)三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。其額定小時(shí)功率為7.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1 l jOr/min，調(diào)速范圍200 r/min～2220 r/min。圖1為安裝在電機(jī)車車體上的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)照片，控制器為雙開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)并聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)控制器，其功率變換器主開關(guān)采用IGBT或VDMOSFET。
4、電牽引采煤機(jī)開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)
80年代中期以來，先進(jìn)的采煤國(guó)家為適應(yīng)煤炭在能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的要求，采用高產(chǎn)高效設(shè)備，通過降低采煤成本以獲得必要的利潤(rùn)。在高產(chǎn)高效設(shè)備中，采煤機(jī)有著突出的發(fā)展，在牽引技術(shù)方面．1976年德國(guó)Eickhoff公司研制出第一臺(tái)直流電牽引采煤機(jī)以來，美、英、德、日等國(guó)的電牽引采煤機(jī)發(fā)展迅速。與液壓牽引采煤機(jī)相比，電牽引采煤機(jī)摒棄了液壓牽引系統(tǒng)的易受井下惡劣環(huán)境污染的工作油液，且是電一機(jī)一次能源轉(zhuǎn)換，比液壓牽引系統(tǒng)需經(jīng)電一液一機(jī)多次能源轉(zhuǎn)換的能量利用率要高得多。目前，電牽引采煤機(jī)已在國(guó)外高產(chǎn)高效綜采工作面中占據(jù)主導(dǎo)地位，其中美國(guó)已占68%，德國(guó)已占56%，澳大利亞已占52%，近年來綜采高產(chǎn)高效的世界記錄都是電牽引采煤機(jī)創(chuàng)造的。
電牽引采煤機(jī)有直流電牽引和交流電牽引兩類。直流電牽引采煤機(jī)采用直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)電牽引系統(tǒng)。直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)牽弓}性能好，但電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，又是有刷結(jié)構(gòu)，碳刷和整流子易生火花，整流子易磨損、變形、故障率高，維護(hù)工作量大，維修費(fèi)用較高。交流電牽引采煤機(jī)采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速電牽引系統(tǒng)。交流電牽引系統(tǒng)是取代直流電牽引系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)少維修的高性能采煤機(jī)電牽引系統(tǒng)。其電機(jī)上無碳刷和整流子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；但其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，再生制動(dòng)控制復(fù)雜，適用于傾斜角較小的工作面。開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是80年代出現(xiàn)的一種高性能機(jī)電一體化調(diào)逮系統(tǒng)。這種新型的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組、無碳刷也不加永磁體，無直流電動(dòng)機(jī)整流子故障，也不會(huì)發(fā)生感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠斷裂或燒熔的故障，維護(hù)量較小：定子采用集中式繞組，線匿嵌裝容易、牢固，熱耗大部分集中千定子，易于冷卻，而轉(zhuǎn)子由鐵損引起發(fā)熱，發(fā)熱量極小：系統(tǒng)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)和加速力矩大，每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)不受限制，
可做不間斷的連續(xù)啟動(dòng)、制動(dòng)工作；系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，功率因數(shù)和效率都很高，且調(diào)控性能好；能夠四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，應(yīng)用于電牽引采煤機(jī)牽引部，能適用于大傾角工作面。英國(guó)BJD公司應(yīng)用Leeds大學(xué)的專利技術(shù)，于1991年為考文垂煤礦研制了Supermatic型電牽引采煤機(jī)，其牽引部采用了雙35千瓦開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)+但其售價(jià)很高，我國(guó)的煤礦企業(yè)難以接受。
我國(guó)從“七五”開始研究電牽引采煤機(jī)，“八五”期間已有少數(shù)國(guó)產(chǎn)電牽引采煤機(jī)投入使用。太原礦山機(jī)械廠、西安煤礦機(jī)械廠，雞西煤礦機(jī)械廠等單位曾應(yīng)用國(guó)外技術(shù)，進(jìn)行電牽引采煤機(jī)研制；煤科總院上海分院采煤機(jī)械研究所曾采用日本變頻技術(shù)研制MG系列交流電牽引采煤機(jī)。目前，在牽引技術(shù)方面，為交流牽引和直流牽引并存，與國(guó)際水平仍有較大差距。
為適應(yīng)大傾角工作面的應(yīng)用，提高電牽引采煤機(jī)的牽引性能及牽引電機(jī)的運(yùn)行可靠性，減少牽引電機(jī)的維護(hù)工作量，合理布置牽引電機(jī)的安放空間，實(shí)現(xiàn)控制器機(jī)載化，進(jìn)行電牽引采煤機(jī)開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)的研制，以發(fā)展我國(guó)采煤機(jī)電牽引技術(shù)，使之趕上國(guó)際先進(jìn)水平，為實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，用開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)替代交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)是今后煤礦井下電氣調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方向。用開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作采煤機(jī)的電牽引系統(tǒng)，一方面，電機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，其轉(zhuǎn)子上無碳刷、無換向器、無繞組、無永磁體，電機(jī)運(yùn)行可靠，維修量少；另一方面，可在大傾角工作面上實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)運(yùn)行，且系統(tǒng)運(yùn)行效率高，低速牽引狀態(tài)下，牽引力大。此外，控制器可作成機(jī)載式，控制器及電機(jī)定子易冷卻。這提高了電牽引采煤機(jī)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于我國(guó)電牽引采煤機(jī)的研制和生產(chǎn)將產(chǎn)生重大影響，對(duì)保證安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效具有重要意義，使我國(guó)的電牽引采煤機(jī)技術(shù)在國(guó)際先進(jìn)行列中占有一席之地，具有廣闊的應(yīng)用前景。
5、刮板輸送機(jī)開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)
刮板輸送機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外緩傾斜長(zhǎng)壁式采煤工作面唯一的運(yùn)輸設(shè)備。我國(guó)緩傾斜煤層工作面比較多，刮板輸送
機(jī)應(yīng)用極廣。刮板輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)的“動(dòng)脈”與“咽喉”之一，它在工作中一旦發(fā)生故障，將直接影響生產(chǎn)。因此，使之安全可靠地、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)保證礦井安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，具有重要意義。
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用、制造和維護(hù)方便。其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上無繞組、無永磁體，又是無刷結(jié)構(gòu)，適合在煤礦井下高粉塵、易燃、易爆的惡劣環(huán)境下運(yùn)行。它無直流電動(dòng)機(jī)整流子故障，也不會(huì)發(fā)生感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠斷裂或燒熔的故障，運(yùn)行安全可靠、維護(hù)量小。定子采用集中式繞組，線圈嵌裝容易、牢固。熱耗大部分集中于定子，電動(dòng)機(jī)易于冷卻。系統(tǒng)起動(dòng)電流小，起動(dòng)及低速狀態(tài)下輸出力矩大，過載能力強(qiáng)。可工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，而不燒電機(jī)。雙電機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)時(shí)，負(fù)載易于均衡分配。
開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)在輕載和重載情況下，功率因數(shù)和效率都很高，它是刮板輸送機(jī)理想的傳動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)。對(duì)于經(jīng)常發(fā)生超載的刮板輸送機(jī)，采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，在超載“壓死”狀態(tài)下，不會(huì)發(fā)生燒電機(jī)故障；開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)可在低速情況下穩(wěn)定運(yùn)行，使得刮板輸送機(jī)無須“點(diǎn)動(dòng)控制”就能進(jìn)行鏈子聯(lián)接和拉力調(diào)整操作；開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩大、起動(dòng)電流小，可減小刮板輸送機(jī)傳動(dòng)電機(jī)裝機(jī)容量，或在與傳統(tǒng)電機(jī)裝機(jī)容量相同條件下，加大刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力；為合理布置傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安放空間，改善減速箱受力狀態(tài)，可以采用雙開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)方式。
刮板輸送機(jī)采用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，將提高刮板輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于我國(guó)刮板輸送機(jī)的研制和生產(chǎn)將產(chǎn)生重大影響，對(duì)保證安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效具有重要意義。
6、結(jié)束語
探索和開發(fā)新型電機(jī)結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其他類型電機(jī)無法取代的高性能、長(zhǎng)壽命運(yùn)行，具有重要的理論意義和重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)自問世以來，其控制理論和技術(shù)的研究工作一直得到國(guó)際電氣工程界廣泛關(guān)注。目前，在電機(jī)車牽引、風(fēng)機(jī)和水泵傳動(dòng)等領(lǐng)域，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)已得到了實(shí)際應(yīng)用；在電牽引采煤機(jī)、制板輸送機(jī)等煤礦井下的生產(chǎn)設(shè)備上展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景；在家用電器、城市軌道變通等電氣傳動(dòng)的其他領(lǐng)域，也展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。
