7.5kW歐瑪爾OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)
研究內(nèi)容是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目“刮板輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)”的重要組成部分。煤礦井下的刮板輸送機(jī)是煤炭生產(chǎn)的重要設(shè)備之一,經(jīng)常需要重載起動,存在起動電流大、對電網(wǎng)沖擊嚴(yán)重,起動困難等問題,而OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單,起動電流小,起動轉(zhuǎn)矩大,可頻繁起動,在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的運(yùn)行效率等優(yōu)點(diǎn),極其適用于煤礦刮板輸送機(jī)等煤炭輸送機(jī)的驅(qū)動。

7.5kW歐瑪爾OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)
因此開發(fā)適用于刮板輸送機(jī)驅(qū)動的大功率OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。介于大功率OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)控制復(fù)雜且大功率全控型半導(dǎo)體器件成本昂貴,故本文以一臺7.5kWOMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)為研究對象,重點(diǎn)致力于OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)控制策略、控制電路硬件結(jié)構(gòu)、電機(jī)繞組電流波形及電機(jī)帶載能力等特性的研究,可為大功率礦用OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研發(fā)奠定理論基礎(chǔ),積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文研究目標(biāo)是以一臺定轉(zhuǎn)子極數(shù)為12/8極、功率為7.5kW的三相OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)為試驗(yàn)樣機(jī),開發(fā)一套以TMS320LF2407A為控制核心的OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng),并進(jìn)行空載實(shí)驗(yàn)及負(fù)載實(shí)驗(yàn),得出電機(jī)的運(yùn)行效率曲線和機(jī)械特性曲線。主要研究內(nèi)容如下：根據(jù)研究對象,建立了7.5kWOMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)的準(zhǔn)線性電感模型,制定了相應(yīng)的控制策略,分析了電機(jī)繞組兩端為不同電壓時(shí)的能量流動情況,對實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的功率變換器主電路進(jìn)行了選型,在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,選擇三相不對稱半橋式電路作為本系統(tǒng)功率變換器主電路結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路,包括IGBT驅(qū)動電路、位置信號檢測電路、電流信號檢測電路、PWM信號調(diào)理電路、直流母線過壓及欠壓檢測電路、風(fēng)扇故障保護(hù)電路等。調(diào)試結(jié)果表明,硬件電路工作可靠,技術(shù)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。基于設(shè)計(jì)好的位置信號檢測電路,測取了OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)相繞組電感與位置信號的關(guān)系,得出了試驗(yàn)樣機(jī)的邏輯換相表,確定了電機(jī)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)的換相順序。采用模塊化編程方法、利用匯編語言編寫了OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用程序,包括勻加速起動子程序、速度計(jì)算子程序、電流斬波控制方式子程序、電壓PWM控制方式子程序及過流故障保護(hù)子程序、位置信號錯(cuò)誤故障保護(hù)子程序、IGBT驅(qū)動故障保護(hù)子程序等,經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試,應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)間短,系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好。建立了OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)測試平臺,對所設(shè)計(jì)的硬件電路及編寫的應(yīng)用程序進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試,在空載條件下測取了三相繞組電流信號、三路位置信號、相繞組電流及其兩端電壓對應(yīng)波形圖、IGBT兩端電壓及其驅(qū)動信號對應(yīng)波形圖等,測試結(jié)果說明硬件電路設(shè)計(jì)合理,抗干擾能力較強(qiáng)；對起動過程中電機(jī)速度波形、正常運(yùn)行時(shí)電流斬波控制方式的電流波形及電壓PWM控制方式時(shí)的電流波形進(jìn)行了采樣,結(jié)果顯示,在起動過程中電機(jī)基本能以勻加速方式起動,DSP采樣電流波形與實(shí)際電流波形基本相似。搭建了加載實(shí)驗(yàn)平臺,對所研制的OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在不同運(yùn)行速度、不同負(fù)載條件下進(jìn)行了加載實(shí)驗(yàn)。

7.5kW歐瑪爾OMAL開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)靜態(tài)誤差小,抗干擾能力好；測繪了系統(tǒng)的運(yùn)行效率曲線與機(jī)械特性曲線,在額定負(fù)載條件下,轉(zhuǎn)速為600r/min以上時(shí),系統(tǒng)效率均大于80%；正常運(yùn)行模式下,在100r/min時(shí)交流側(cè)輸入電流有效值為額定運(yùn)行條件時(shí)的16.8%,輸出扭矩為額定扭矩的1.21倍；重載運(yùn)行模式下,在100r/min時(shí)交流側(cè)輸入電流有效值為額定運(yùn)行條件時(shí)的21.68%,輸出扭矩為額定扭矩的1.4倍。