新型开关磁阻电机系统_图文

1、358第四篇控制科学与技术新型开关磁阻电机系统陈 昊(中国矿业大学信息与电气工程学院,徐州221008摘要:本文首先介绍了开关磁阻电机系统在煤矿井下电机车传动系统上的应用、电动自行车传动系统上的应用及伺服电动机系统上的应用,给出了所研制的大功率隔爆型开关磁阻电动机照片、开关磁阻调速电动机驱动的电动自行车照片争直接传动式开关磁阻伺服电动机系统照片。接着给出了开关磁阻电机系统计算机仿真平台所涵盖的仿真模型种类及有关计算机仿真平台的界面,还给出了硬件研究平台中转矩转速测试装置照片及两种研发系统的照片。关键词:开关磁阻;电机控制;电动车;软件平台;硬件平台1前言开关磁阻电机系统是一种新型的机电一体化无

2、级调速电机系统,由电机本体和控制器 两部分组成。它兼有交流调速系统电机简单坚固、无刷、无整流子和直流调速系统调速性能 好的优点。由于具有启动电流小,启动转矩大,易做成防爆水冷结构,可以频繁重载启动,维 修工作量小等优势,因此完全适用于恶劣的工作环境。本文介绍了课题组在促进开关磁阻 调速电机系统技术进步和工程应用方面所取得的成果。2煤矿设备应用现在煤矿设备的传动方式主要有以下几种:液压传动、直流电机调速传动、交流电机变 频调速传动。液压传动方式由于维护工作量大及成本高、技术性能局限性强已属淘汰趋势; 直流电机调速传动方式虽然技术成熟,但直流电机是有刷结构,维护工作量大,整流子故障 多;绕线式异步

3、电机转子串电阻调速系统由于调速性能差,运行效率低,电阻冷却困难等缺 点也只能用于少数场合;交流电机变频调速系统启动转矩不够大,不能频繁启动,国内的公 司还未能很好地掌握变频器的核心技术,产品基本上依靠国外进口,维修困难。开关磁阻电机系统在煤矿井下的生产设备上,如刮板输送机、胶带输送机、电牵引采煤 机、工矿电机车、掘进机、电动滚桶及局部风机和水泵等,具有良好的应用前景。课题组通过 完成原国家经贸委更新改造专项计划项目“煤矿井下电机车传动系统的研究”,以煤矿 井下电机车的传动系统为研究对象,采用开关磁阻调速电动机作为电机车的传动系统,以取 代串激直流电动机传动系统。创建并实施了适合于煤矿井下电机车

4、传动系统的开关磁阻调 速电动机传动系统方案、三相开关磁阻调速电动机固定导通角PWM控制策略、再生制动控 制策略、电机转子位置检测器方案和功率变换器主开关基本触发信号逻辑分配方案。经厂 矿企业应用表明,采用上述创新成果减少了电机车传动系统的维修量,实现了电机车再生制新型开关磁阻电机最统动控制、节约电能,提高了煤矿井下电机车运行的可靠性盔济性。此外,还研制成功了适合 煤矿井下应用的大功率隔爆型开关磁阻电动机,其照片如图1所示。3电动自行车应用图1大功率隔爆型开关磁阻电动机照片我国是一个人口大国,大量普及汽车受石油供应和人均占有有效土地面积的限制.大力 发展电动自行车,作为中孙城市的代步工具,具有良

5、好的发展前景。驱动电机系统是电动 自行车的关键部件之一,也是电动自行车开发中的“瓶颈”之一。开关磁阻电机转子无刷、 无绕组亦无永磁体,定子线圈嵌装容易,端部短而牢固,制造工艺简单,成本低;开关磁阻电 机转矩方向与相电流方向无关,只要控制各相在不同电感区域内的瞬时电流,即能方便地实 现电动和制动运行状态的切换,在宽广的转速和功率范膈内均具有高输出和高效率,用开关 磁阻调速电动机作电动自行车的传动系统,具有较高的性能价格比和广阔的产业化前景。 所研制的由开关磁阻调遵电动机驱动的电动白行车如图2所示。图2开关磁阻胃速电动机驱动的电动自行车照片4伺服传动应用第日篇控制科学与技术开关磁阻调速电动机具有转

6、矩惯量比大、动态响应快的优点,因此,它作为直接何服传 动系统具有赶好的应用前景。课题组主持完成了扛苏省高技术研究项目“新型直接传 动式开关磁阻伺服电动机系统研究”.创建并宴施了基于数字信号处理器(DSP控制的直接 传动式开关磁阻伺服电动机系统启动及四象限运行全数字控制技术;创建并实施了基于数 字信号处理器(DSP控制的直接传动式开关碰阻伺服电动机系统转子定位全数字控制技 术;创建并实施了一种开关磁阻伺服电动机非直接式转子位置传感器控制方法,无须直接式 转子位置传感器,叮使其转子在任意角度上定位;刨建并实施了直接传动式开关碰阻伺服电 动机系统方案,研制出了直接传动式开关磁阻伺服电动机系统样机。所

7、研制的直接传动式 开关磁阻伺服电动机系统样机如图3所示。5软硬件研究平台图3直接传动式丌关磁阻伺服电动机系统照片为优化开关磁阻电机系统设计和拓宽应用领域.课题组刨建了其软硬件研究平台。在 不断充实和完善了开关磁阻电机系统设计与仿真软件的基础上,建立了集开关磁阻电机、功 率变换器及控制策略于一体的系统非线性动态仿真模型;建立了直接传动式开关磁阻伺服 电动机系统仿真模型;建立了集开关磁阻发电机、励磁功率变换器及控制策略于一体的开关 磁阻变速发电系统仿真模型;建立了开关磁阻直线电机系统仿真模型;建立了多台开关磁阻 调建屯动机并联传动系统仿真模型。创建,“开关磁阻电机及其控制系统计算机仿真平 台”,为

8、开关磁阻调速电动机系统、开美磁阻伺服电动机系统、开关磁阻变速发电系统、开关 磁阻直线电机系统、多台开关磁阻调速电动机并鞋传动系统的结构参数与控制参数设计和 优化、稳态性能和动态性能仿真分析,提供了一种实用有效的工具。图4所示为直接传动式 开关磁阻伺服电动机系统计算机仿真平台的界面。姻闷新型开关磁阻电机系统图4直接传动式开关磁阻伺服电动机系统计算机仿真平台界面课题组还建立了开关磁阻调速电动机实验测试系统、开关磁阻伺服电动机实验测试系 统、开关磁阻变速发电实验测试系统、开关磁阻直线电机实验测试系统、双开关磁阻调速电 动机并联传动系统实验测试系统,为其系统稳态性能和动态性能测试、试验验证,创建了“开

9、 关磁阻电机及其控制系统硬件研究平台”。开关磁阻电机转矩转速测试装置如图5所示。 开关磁阻电机8XCl96Kt?,/KC单片机研发系统如图6所示。开关磁阻电机TMS320F240 DSp研发系统如图7所示。囤5开关磁阻电机转矩转速测试装置照片上述软硬件研究平台的创建,为开关磁阻电机及其控制系统的基础理论研究和新产品 的开发设计奠定了坚实的基础,积极推动和拓宽了开关磁阻电机系统在工业各领域的应用。6结束语对新型开关磁阻电机及控制系统进行的研究.丰富和发展了开关磁阻电机系统及其控 制理论,促进了其技术进步和工程应用。开关磁阻电机系统在其他行业也具有广阔的应用 前景,如电动助力车、电瓶车的电气调速牵

10、引,节能型风机和水泵的变速传动,地铁列车、城弟日篇控制科学与技术图6开关磁阻电机8XCl96KB/KC单片机研发系统照片图7开关磁阻电机TMS320F240媸p研发系统照片市轻轨列车城市有轨电车、城市无轨电车及电动汽车的电气牵引,机床上的高性能电机驱 动,吸尘泵、离心干燥机等高速电气传动、航空航天器电气传动,家用电器的电机变速传动 等。目前已具备了有自主知识产权的功率为600kw以内各种系列开关磁阻电机系统的研 制开发能力。致谢:作者感谢江苏省普通高等学校高新技术产业发展项目(JH03002、江苏省高校 “青蓝工程”中青年学术带头人培养人选资助项目(苏教师i200260号和江苏省“333新世

11、纪科学技术带头人培养工程”培养对象资助项目(资助号:200316X本文研究工作的资助。参考文献11LawrP J,Stephenson JM.Blenkinsop PT et d Vafiabl¨peed Sw*lchedReluctanceMotom IEEE P血B,1980,127(4+2532652陈吴开关磁阻胃速电动机的原理l设计、应用僚州中国矿业大学出版社,200010墓越F新型开关磁阻电机系统 ， ） ，（，） 。 ， 可 ，（，） ， 钿朗 锄 （ ，） 作者简介 陈昊，年月生，中国矿业大学教授、博士生导师，中国矿业大学“电力电子与电力传动”国家重点 学科带头人之一。多年来一直从事电机及其控制领域的应用基础理论研究、技术开发与应用以及人才培养 工作。作为负