开关磁阻调速电动机在无极绳牵引车中的应用.pdf

2 0 0 7年第6 期 煤矿机 5 3 开关磁阻调速 电动机在无极绳牵引车 中的应用 闰志平 ， 高超 ， 王眉林 ， 薛安东 1 ． 北京中纺锐力机电有限公司， 北京 1 0 0 0 2 5 ； 2 ． 常州科研试制中心有限公司，江苏 常州 2 1 3 0 0 2 ； 3 ． 太原矿山机器集团 电气发展有限公司，山西 太原 0 3 0 0 0 1 摘 要 介绍一种用于无极绳牵引车的开关磁阻调速 电动机， 以及应用 的难点和解决方法， 实际 证明开关磁阻调速电动机非常适合无极绳 牵引车的应用。 关键词 开关磁 阻调速 电动机 ；无极绳 牵引车；能量 回馈 中图分类号 T P 2 7 3 ； T M3 5 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 7 J 0 6 0 0 5 30 3 Ap p l i c a t i o n o f S wit c h e d Re l u c t a n c e Dr i v e u s e d o n En d l e s s s Ro p e T o wi n g Ve h i c l e M Ⅳ Zh i i n g ，GAO Ch a o ，WANG Me i l i n ，XUE An d 0 1 ． C h i n a T e x E ME R e s e a r c h I n s t i t u t e， B e i j i n g 1 0 0 0 2 5， C h i n a ； 2 ． C h a n g z h o u D e v e l o p m e n t Ma n u f a c t u r e C e n t e r C o ． ， L t d ． ，C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 2 ， C h i n a ； 3 ． T a i y u a n Mi n i n g Ma c h i n e r y G r o u p C o ． ， L t d ． ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e a p p l i c a t i o n o f s wi t c h e d r e l u c t a n c e mo t o r o n e n d l e s s s r o p e t o w i n g v e h i c l e ， a n d e x p l a i n s t he t e c h n i q ue p o i n t s a n d s o l v i n g me t h o d s ． Af t e r t he s y s t e m b e i n g p u t i n t o o pe r a t i o n ，i t wo r k s s mo o t hl y ． Ke y wo r d s s w i t c h e d r e l u c t a n c e d r i v e ；e n d l e s s s r o p e t o wi n g v e h i c l e ；e n e r g y f e e d b a c k 1 概述 无极绳牵引车是一种采用钢丝绳牵引梭车运送 设备的矿井轨道运输装置， 适用于长距离、 大倾角、 多变坡 、 大吨位工况条件的普通轨运输 ， 它主要适合 在煤矿井下工作面顺槽 、 上下 山、 沿煤层开采 、 大巷 等轨道运输工况 。一般无极绳牵引车大多采用普通 交流异步电动机直接驱动牵 引绞车 ， 电机不能调速 或仅能实现降压软起动， 其牵引的梭车在启动、 停车 时冲击很大 ， 经常 出现掉道现象 ， 造成司机操作非常 不方便， 工作效率低 ， 而开关磁阻调速电动机的无极 变速传动系统， 其启动、 调速性能非常适合作为无极 绳牵引车的牵引电机 。这样 ， 作为一种经济、 实用的 新型辅助运输设备 ， 近年来在煤 矿仍得到了较好 的 推广应用。 2 开关磁 阻调速电动机 开关磁阻 电机调速 电动机 以下简称 S R D 主 要由电机和控制器两部分组成。其电机的定子、 转 子都是凸极式结构， 定子有集中绕组， 转子没有任何 绕组结构 ； 控制器的主电路结构非常简单 ， 无桥臂直 通短路的危险， 性能优越且可靠性高。 S R D作为一种调速 系统 ， 其主要技术优势为起 动转矩为 1 5 0 ％的额定转矩 时 ， 起动 电流小 于 3 0 ％ 的额定电流， 非常适合起停频繁的工况 ； 它低速转矩 大、 调速范围宽， 完全满足了无极绳牵引车的调速要 求 ； 同时 ， S R D可通过 改变通 电相 序实现 电机 的正 转 、 反转以及电动 、 制动状态 的切换 ， 并保持输 出特 性的对称 ， 即实现所谓的四象限运行 ， 解决无极绳牵 引车在梭车下坡时的电气制动问题， 电机在制动运 行时产生的电能还可以回馈交流电网。图 1为 S R D 在 四象 限运行时的机械特性 图。 3 无极绳牵引车用 S R D 的设计要求 1 主要技术参数 额定电源 交流 6 6 0 V 额定功率 1 3 2 k W 额定转速 1 3 5 0 r rai n 额定转速以下为恒转矩， 维普资讯 5 4 煤矿机 电 2 0 0 7年第6期 过载倍数 转速范围 运行方式 冷却方式 显示信息 保护类型 回馈能力 额定转速以上为恒功率 1 2 0 ％ 20 0 2 5 0 0r．mi n一 四象限运行 即正转和反转的电动、 制动 状态 控制器水冷、 电机风冷 转速 、 故障类型 根据使用要求， 设置全面的保护 1 0 0％ 』 一』N ， L ／ ＼ _ 1 0 0 ％ 一 N N ，／n 、 一 1o o ％ ＼ ／ 图 1 S R D的 四象限运行图 2 技术难点 1 6 6 0 V ／ 1 3 2 k W S R D控制器 电机采用 1 2 ／ 8 、 三相 S R D电机和控制器结构 ， 控制器中选用了耐压为 1 7 0 0 V的 I G B T功率开关元 件 ； I G B T的驱动模块选用 了具 有变压器隔离方式 的 2 S D 3 1 5 A I 模块 瑞士 C O N C E P T公司 ， 保证其可 靠的隔离强电和控制电路； 控制器内的整流电路、 滤 波电解电容、 I G B T阻容吸收等元件的耐压问题都通 过选取高耐压元件或多元件串联提高耐压的方式解 决。 2 S R D性能的优化 在 S R D设计时， 确保电机在电动和制动时都具 有足够的过载能力， 防止出现下坡制动力的不足， S R D在四个运行状态 间可以实现平稳转换 ， 避免变 坡时可能产生的不稳定现象。 3 控制器的整流回馈 电路 采用整流 回馈 电路方案 ， 即改变通常整流 电路 的结构 ， 使其具有双向能量流动能力 ， 在电机制动发 电时， 将多余的直流电能以回馈的方式转换为交流 电能 ， 回送到交流电网中。该方案的优点是节能， 发 热量低 ， 无需特殊考虑散热等， 电路设计时除采用适 合于 6 6 0 V电压供电的耐压等级器件， 还在滤波电 感 、 控制方式上进行优化 ， 使其能够满足该电压等级 能量 回馈的需要 ， 并实现 了具有 1 0 0 ％的 回馈能力 的设计要求 。 4 S R D控制器 的水冷结构 整个控 制器 以一块散热铝板为基板 ， 所有需要 散热的功率元件都安装在这块铝板上， 该铝板和隔 爆柜的水冷面结合 ， 达到控制器功率器件 的冷却 目 的。对 S R D控制器还进行了有针对性 的防腐处理 ， 例如对所有印刷线路板进行防腐胶灌封； 对功率电 路制作完成后用绝缘防腐漆喷涂。 5 控制器保护措施 考虑到井下的供电不够稳定， 设置了交流电源 过压 、 交流电源欠压 、 交 流电源缺相等保护； 为保护 电机和无极绳牵引车机械部分 ， 控制器对 电机堵转 、 电机过载、 超速进行检测保护； 为防止控制器与电机 之间的引线在破损后进一步损坏控制器 ， 对 S R D控 制器进行相输出短路保护和传感器故障保护； 为防 止 S R D控制器和电机过热 ， 保护类型有控制器过热 和电机过热保护。 6 S R D与上位控制系统信息通讯措施 上位机控制系统一般 以 P L C为核心 ， 配合液晶 触摸屏等部件共 同实现 。为和上位机控制系统进行 信息交换， 设计了信息通讯接口， 能够以一定的协议 方式将 S R D运行或故障状态传输给 P L C ， 可以满足 无极绳牵引车电气系统中的信息通讯需要。另外， S R D电机具有转子位置检测装置 ， 可以对 电机转动 的圈数和方向进行测量 和计算 ， 并通过与 P L C的通 讯系统传输给 P L C ， 用于梭车行走距离的计算， 无需 重复安装光电检测装置 ， 简化了环节 ， 节约成本 ， 并 大大提高系统的可靠性。 4结 语 无极绳牵引车用 S R D已经成功完成开发 ， 在现 场已经安装使用几 十套 ， 实际应用证 明 ， S RD用于 无极绳牵引车具有 以下特点 1 S R D的启 动转矩大 、 连续运行 平稳 、 可以 无级变速， 从而提高了牵引车辆的重载启动能力， 启 动时牵引车辆的冲击小、 平稳， 大大减少掉道事故， 并减少钢丝绳和滚筒的磨损 ， 延长使用系统寿命 。 2 S R D具有优越的电气 制动能力 ， 在坡度工 作面上稳速运行时， 无需机械抱闸频繁施闸， 避免了 抱闸的磨损 ， 提高安全可靠性 。由于 S R D控制器采 用具有能量回馈功能的可逆整流系统， 梭车下坡时 的机械能量可以回收并反馈 到交 流电网， 节约了大 量电能 。 维普资讯 2 0 0 7 年第6 期 煤矿机 电 5 5 运用单导线 的无线 电漏泄地下通信 王文亮， 虞波， 何焰蓝 国防科学技术大学 理学院，湖南 长沙 4 1 0 0 7 3 摘 要 针对无线电波在地下传输 的困难， 对比漏泄 同轴 电缆 ， 从理论 和实验分析 了单导线在 中 频段的无线电漏泄， 并展望单导线的应用前景。 关键词 单导线；地下通信；无线电漏泄 中图分类号 T M2 4 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 7 0 6 0 0 5 50 3 Un d e r g r o u n d Co mmu n ic a t i o n o f Ra d i o L e a k a g e wit h Si n g le Co n d u c t o r WANG We n l i a n g，YU Bo，HE Y an l a n C o l l e g e o f S c i e n c e ， N a t i o n a l U n i v e r s i t y o f D e f e n s e T e c h n o l o g y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 7 3 ，C h i n a Ab s t r a c t C o n s i d e r i n g t h e d i ffic u l t y o f u n d e r g r o u n d t r a n s mi s s i o n o f r a d i o w a v e a n d c o mp a rin g b y t h e l e a k a g e c o a x i a l c a b l e， t h e r a d i o l e a k a g e o f s i n g l e c o n d u c t o r a t me di u m e qu e nc y b a n d i s a n a l y s e d wi t h t h e o r i e s a nd e x p e r i me n t s ，a n d t h e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t o f t h e s i n g l e c o n d u c t o r i s e x p e c t e d ． K e y wo r d s s i n g l e c o n d u c t o r ；u n d e r g r o u n d c o mmu n i c a t i o n ；r a d i o l e a k a g e 在隧道的固有传播 中， 绕射效应起着重要作用。 对于平直而不受 电导率阻挡的隧道 而言 ， 应该是以 高频率为最佳选择 ， 但如果有拐角和叉道 口的存在， 则通信最好 的性能 出现在 7 0～1 5 0 MH z ， 共有效 的 传播距离很难超过 2 5 0 m 。由此见可， 对于矿井来 说 ， 其空间结构决定 了对 电磁波 的吸收 、 反射 和散 射 ， 相比大气空间结构而言更为严重的多 ， 很难实现 无线电的长距离传播。因此， 对漏泄同轴电缆有必 要从理论和实践进行分析 。 1 漏泄同轴电缆 现无线 电传输信号大多使用漏泄同轴 电缆 ， 它 们是在同轴电缆的外导体上开一系列 的槽孔 ， 其典 型结构如图 1所示 。漏泄同轴电缆本质上是一种连 续型天线 ， 并具有馈线 的双重作用 一方面将固定电 台发射机的输出功率边传输 、 并辐射到附近的空间， 以便移动台接收 ， 另一方 面接收移动台天线的辐射 功率 ， 并传输给 固定电台接收机。这样 ， 就实现 了隧 道 中固定电台和移动电台之间的无线通信 。漏泄电 缆按漏泄机理分为感应式漏泄 电缆 和辐射式漏泄电 缆两类 。感应式 电缆 的槽孔 间距远小于工作波长， 电磁 能量以同心圆的方式扩散在 电缆周 围， 无方 向 性， 并随距离的增加迅速减小， 比较适合于宽频带传 输 ； 辐射式 电缆 的槽孔 间距 与波 长 或半 波长 相 当， 电磁能量 由外导体上 的槽孔直接辐射 出去 ， 有方 向性 ， 漏泄能量可在辐射方 向上相对集中， 并且不会 随距离的增加而迅速减小。 3 通过 S R D控制器与 P L C的信息通讯， 在不 增加传感器的基础上， 实时检测并显示梭车位置， 使 操作人员可以根据不 同道路状况及时调整车速 ， 保 证车辆运行平稳 ， 减少掉道 ， 大大提高工作效率。 参 考文献 [ 1 ] 高超． 开关型磁阻电动机调速系统在煤矿机械 中的应用现状 与前景分析『 J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 0 3 7 [ 2 ] 胡崇岳， 等． 现代交流调速技术[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 o o [ 3] 王眉林 ．无极绳牵 引车开关 磁阻电机调速系统设计 [ J ] ．煤 矿 机 电，2 0 0 5 4 作者简介 闫志平 1 9 7 2一 ， 男， 高级工程师。1 9 9 4年毕业于天津 工业大学 ， 一直从事 工业 电气 自动化研 究设计工作， 现任公 司技术总 监。 收稿 日 期 2 0 0 7 0 7 3 0 ； 责任编辑 姚克 维普资讯