【正文】 文 介紹了雙開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng) 控制驅(qū)動(dòng)電 牽引采煤機(jī)。 本文介紹了 系統(tǒng) 的各個(gè) 組件，如開關(guān)磁阻電機(jī)，主電路中的功率變換器和控制器 等 。 這里給出了它的控制原理，它主要是用 PI算法和載荷均勻分布的模糊算法獲得信號(hào)來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速這樣一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng) 。 這里也列出了它的 測(cè)試結(jié)果。 測(cè)試結(jié)果表明，在磁阻電動(dòng)機(jī) 1上供應(yīng)的平均直流電流于在磁阻電動(dòng)機(jī) 2上的相對(duì)誤差在 10％以內(nèi) 。 關(guān)鍵詞 ： 開關(guān)磁阻； 電機(jī)控制； 采煤機(jī) ； 煤礦； 電牽引。 導(dǎo)言 地下礦 井周圍的環(huán)境是相當(dāng)惡劣的 。 一方面，它 非常 潮濕 和 高粉塵并且屬于 易燃易爆環(huán)境。 而在 另一方面 ， 井下的 空 間 是 非常 有限的，因?yàn)樗?要節(jié)約開采 礦井的 投資， 所以這些給井下 設(shè)備 的維護(hù)帶來了很大的困難 。 在現(xiàn)代煤礦 開采過程中， 自動(dòng)化設(shè)備 得到了 廣泛 的 使用 ，但是 自動(dòng)化設(shè)備 的故障 ，可以影響 到 煤礦 的正常生產(chǎn)和生產(chǎn)效益 。 采煤機(jī)是 可以將煤從煤壁中開采下來的 采礦設(shè)備 。 傳統(tǒng)的采煤機(jī) 是用 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的 ，但是由于液壓系統(tǒng)中的油液很容易被污染所以導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的故障率很高 。液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 的故障 可能 直接 影響 礦井的 生產(chǎn)和效益。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的故障率相對(duì) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 是比較低的 ， 但是由于電機(jī)安裝在防暴外殼中所以給電機(jī)的冷卻帶來了困難 。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也自動(dòng)化設(shè)備是其中的關(guān)鍵 部 件 ，所以 發(fā)展新型電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直 是 煤礦 開采 重視的 問題 。 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng) 之所以 能成為煤礦主 要 設(shè)備 的 調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng) ， [1] 因?yàn)樗哂休^高的運(yùn)行可靠性和容錯(cuò)能力 [2] 。 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng) 由 雙凸極開關(guān)磁阻電機(jī)，單極功率變換器和控制器 組成，它們被固定 在電機(jī) 和 電力變換器 中 。 在電機(jī)中 沒有 電 刷結(jié)構(gòu)， 并且 雙極功率變換器的功率變換器 的故障率比較低 。 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可以 用在 電機(jī)和功率變換器 相故障少，而且每種相故障取決于其本身的情況下。開關(guān)磁阻電機(jī)中沒有 繞組轉(zhuǎn)子等， 所以 沒有銅損的損失，只有 在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中很少的鐵損。 這樣 開關(guān)磁阻電機(jī)就很容易冷卻了， 因?yàn)樗鼪]有必要冷卻山西大同大學(xué)畢業(yè)論文 26 轉(zhuǎn)子。 采煤機(jī) 用的 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)已經(jīng) 研制成功 。 文章中 給出了樣機(jī)。 二 、 系統(tǒng)組件 研制成功的驅(qū)動(dòng) 電牽引采煤機(jī) 的 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一種雙重開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng) 的 系統(tǒng)。 該系統(tǒng)是由兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 和一個(gè) 安裝功率變換器和控制器 的 控制箱。 通過兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)都是三相12 / 8結(jié)構(gòu) 。 開關(guān)磁阻電機(jī) 如圖 1所示 。 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 都 分別包在 防爆外殼 中 。其中電機(jī) 額定功率 22千瓦， 額定 轉(zhuǎn)速 1155轉(zhuǎn) /分鐘，調(diào)速范圍從 100轉(zhuǎn) /分鐘 到 1500r/min 。 功率轉(zhuǎn)換 包括 兩個(gè)三相對(duì)稱橋功率 轉(zhuǎn) 換器并聯(lián)。 該 IGBT的則作為主開關(guān)。 三相 380V交流電源被 整流并 供應(yīng) 給 電源轉(zhuǎn)換 器。 主電路中的功率變換器如圖 2所示。 IGBTS是主要使用的開關(guān)磁阻電機(jī)。 在控制器中，有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，整流電路，電壓和電流的保護(hù)電路，主開關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)電路和閉環(huán)轉(zhuǎn)速，負(fù)荷平衡分布的數(shù)字控制器。 三 控制策略 這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī) 都可以在 相同的牽引導(dǎo)軌 上 驅(qū)動(dòng)所有采煤機(jī)的輸電裝備， 因此這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速 就可以達(dá)到 同步。 這個(gè)以 閉環(huán) 系統(tǒng) 控制轉(zhuǎn)速的雙重開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 時(shí) 可以 采用 PI算法 。 在開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 1中 ，功率變換器 中 主開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)是通過 調(diào)制 PWM信號(hào) 來給定的 ， 當(dāng) 比較給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速 時(shí)， 所 用 占空比的 PWM 信號(hào) ，其 規(guī) 定 如下 ： e=gfnn? 1 ( ) 1()k i k p k kD k e K e e ?? ? ? ? 1 ( ) 1 ( 1 ) 1 ( )k k kD D D?? ? ? 在上式中， ng 表示給定的轉(zhuǎn)速 ， nf 表示 實(shí)際 的 速度， e 表示給定和實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的偏差， 1( )kD? 表示 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 1在 K時(shí)刻時(shí) PWM信 號(hào)占空比的 變化 量 ， Ki表示 積分系數(shù)， Kp是比例系數(shù)， ek表示在 k時(shí)刻山西大同大學(xué)畢業(yè)論文 27 時(shí)轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速 的差值 ， ek－ 1表示在 k－ 1時(shí)刻時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差別 ， D1(k)表示 k時(shí)刻時(shí) 開關(guān)磁阻電機(jī) 1上 PWM的占空比， D1(K1)表示 k－ 1時(shí)刻時(shí) 開關(guān)磁阻電機(jī) 1上 PWM的占空比。 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的輸出功率是 與所 供應(yīng) 的 直流電流 成 比例的，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如下： 2 inpI? 在 此式中， P2是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的輸出功率 ， inI 表示 電源轉(zhuǎn)換器 所供應(yīng)的 直流電流 的 平均 值 。 圖 2 主電路中的功率轉(zhuǎn)換器 在開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 2 中 ，電源轉(zhuǎn)換 中 主開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)也是 通過 PWM信號(hào) 所給定的 。 這 兩開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 可以通過 模糊邏輯算法 來 平衡 其所承受 的載荷。 在模糊邏輯 算法 的調(diào)節(jié) 中 ，有兩個(gè) 輸入 控制參數(shù)，一個(gè)是電力轉(zhuǎn)換器供應(yīng) 這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 的 直流電流 平均值之間的 偏差 ，另一 個(gè) 是電力轉(zhuǎn)換器供應(yīng) 這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 的 直流電流 平均值之間偏差的變化 。 輸出參數(shù)是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 2的 PWM信號(hào)占空比的增量。在圖 3 的 方框圖 中給出了 電牽引采煤機(jī) 中 雙重開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 的 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 在 Ti時(shí)刻 電力轉(zhuǎn)換器供 應(yīng) 給這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 的 直流電流 的 平山西大同大學(xué)畢業(yè)論文 28 均 值的 偏差 為： 12i in ine I I??： . 1i i ie e e??? 上式中， ei1表示在 ti－ 1時(shí)刻 電力轉(zhuǎn)換器供應(yīng) 給這 兩個(gè)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)的平均直流電流的偏差。 在 ti時(shí)刻 開關(guān)磁阻電機(jī) 2的 PWM信號(hào)的 占空比 為： 2 ( ) 2 ( 1 ) 2 ( )i i iD D D?? ? ? 上式中， 2()iD? 表示在 ti時(shí)刻時(shí) 開關(guān)磁阻電機(jī) 2的 PWM信號(hào) 占空比的增量， 2( 1)iD? 表 示在 ti－ 1 時(shí)刻 時(shí) 開關(guān)磁阻電機(jī) 2的 PWM信號(hào) 的占空比。 圖 3 電采煤機(jī)中的雙磁阻開關(guān)并聯(lián)系統(tǒng)方塊圖 這種模糊邏輯算法可以表示成如下形式： if ~~if E iE? and ~~EC jEC? ~~U UU? i = 1,2,… , m, j = 1,2, … ,n 上式中， ~E 表示 電源轉(zhuǎn)換 器供應(yīng)給 這一對(duì) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的平均直流電流 的偏差的模糊值 ， ~EC 表示 電源轉(zhuǎn)換 器供應(yīng)給 這兩個(gè) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的平均直流電流 偏差的變化的模糊值， ~U 表示 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 2 的PWM信號(hào) 占空比增量的模糊值。 山西大同大學(xué)畢業(yè)論文 29 電力轉(zhuǎn)換器 供應(yīng)給這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 的 平均直流電流 之間的 連續(xù)偏差 可以 在區(qū)間 [ 5 ， +5 ]的 范圍內(nèi)變化，其理論根據(jù)如下： []eie INT K e? 10220eK ? 在區(qū)間 [5 ， +5]范圍內(nèi)， 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 2 的 PWM 信號(hào)占空比 的離散增量可以 表示成 在區(qū)間 [%, +%]內(nèi)的 連續(xù) 變化 ， 其理論根據(jù)如下： 12 ( ) []iDD INT K D?? ? 基于上述原則模糊邏輯算法 就形成了既定形式 ， 這將被儲(chǔ)存在控制器的存儲(chǔ)空間中。 當(dāng)這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 之間負(fù)載有差異時(shí)，基于模糊邏輯算法的既定形式 開關(guān)磁阻電機(jī) 2的 PWM信號(hào) 的 占空比 能夠得到調(diào)整，從而這 兩個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 上的負(fù)載便可以達(dá)到平衡 。 四、 測(cè)試結(jié)果 研制 成功的 雙開關(guān)磁阻電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)樣機(jī) 已經(jīng) 進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。 表一給出 了 測(cè)試結(jié)果，其中 1? 是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 1 中，供應(yīng)給 電源轉(zhuǎn)換開關(guān) 的 平均直流電流相對(duì)誤差 ， 2? 是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 2中，供應(yīng)給 電源轉(zhuǎn)換開關(guān) 的 平均直流電流相對(duì)誤差 。 測(cè)試結(jié)果表明，磁阻開關(guān)電動(dòng)機(jī)中供給電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的電流偏差在山西大同大學(xué)畢業(yè)論文 30 10%? 之內(nèi)。 五、 結(jié)論 文中描述 了電牽引采煤 用的 雙開關(guān)磁阻 電動(dòng)機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)。 在礦區(qū)使用的 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)的新型采煤機(jī)大大降低了采煤機(jī)的故障率 ，提高采煤機(jī) 的 運(yùn)行可靠性 能直接 提高煤礦 的 經(jīng)濟(jì)效益。 驅(qū)動(dòng)型的雙重開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比驅(qū)動(dòng)型的單一開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也有助于提高運(yùn)行可靠性。