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7.5kW歐瑪爾OMAL開關磁阻電動機調速系統的開發
研究內容是創新創業項目“刮板輸送機驅動系統”的重要組成部分。煤礦井下的刮板輸送機是煤炭生產的重要設備之一,經常需要重載起動,存在起動電流大、對電網沖擊嚴重,起動困難等問題,而OMAL開關磁阻電動機具有結構簡單,起動電流小,起動轉矩大,可頻繁起動,在整個調速范圍內都具有較高的運行效率等優點,極其適用于煤礦刮板輸送機等煤炭輸送機的驅動。

7.5kW歐瑪爾OMAL開關磁阻電動機調速系統的開發
因此開發適用于刮板輸送機驅動的大功率OMAL開關磁阻電動機具有重要的現實意義。介于大功率OMAL開關磁阻電機控制復雜且大功率全控型半導體器件成本昂貴,故本文以一臺7.5kWOMAL開關磁阻電動機為研究對象,重點致力于OMAL開關磁阻電動機控制策略、控制電路硬件結構、電機繞組電流波形及電機帶載能力等特性的研究,可為大功率礦用OMAL開關磁阻電動機調速系統的研發奠定理論基礎,積累實踐經驗。本文研究目標是以一臺定轉子極數為12/8極、功率為7.5kW的三相OMAL開關磁阻電動機為試驗樣機,開發一套以TMS320LF2407A為控制核心的OMAL開關磁阻電動機調速系統,并進行空載實驗及負載實驗,得出電機的運行效率曲線和機械特性曲線。主要研究內容如下：根據研究對象,建立了7.5kWOMAL開關磁阻電動機的準線性電感模型,制定了相應的控制策略,分析了電機繞組兩端為不同電壓時的能量流動情況,對實驗樣機的功率變換器主電路進行了選型,在查閱大量文獻的基礎上,選擇三相不對稱半橋式電路作為本系統功率變換器主電路結構。設計了調速系統的硬件電路,包括IGBT驅動電路、位置信號檢測電路、電流信號檢測電路、PWM信號調理電路、直流母線過壓及欠壓檢測電路、風扇故障保護電路等。調試結果表明,硬件電路工作可靠,技術性能指標滿足設計要求。基于設計好的位置信號檢測電路,測取了OMAL開關磁阻電動機相繞組電感與位置信號的關系,得出了試驗樣機的邏輯換相表,確定了電機正轉及反轉時的換相順序。采用模塊化編程方法、利用匯編語言編寫了OMAL開關磁阻電動機調速系統的應用程序,包括勻加速起動子程序、速度計算子程序、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子程序、位置信號錯誤故障保護子程序、IGBT驅動故障保護子程序等,經實驗調試,應用程序執行時間短,系統實時性好。建立了OMAL開關磁阻電動機調速系統測試平臺,對所設計的硬件電路及編寫的應用程序進行了聯合調試,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波形圖、IGBT兩端電壓及其驅動信號對應波形圖等,測試結果說明硬件電路設計合理,抗干擾能力較強；對起動過程中電機速度波形、正常運行時電流斬波控制方式的電流波形及電壓PWM控制方式時的電流波形進行了采樣,結果顯示,在起動過程中電機基本能以勻加速方式起動,DSP采樣電流波形與實際電流波形基本相似。搭建了加載實驗平臺,對所研制的OMAL開關磁阻電動機調速系統在不同運行速度、不同負載條件下進行了加載實驗。

7.5kW歐瑪爾OMAL開關磁阻電動機調速系統的開發
實驗結果表明,系統靜態誤差小,抗干擾能力好；測繪了系統的運行效率曲線與機械特性曲線,在額定負載條件下,轉速為600r/min以上時,系統效率均大于80%；正常運行模式下,在100r/min時交流側輸入電流有效值為額定運行條件時的16.8%,輸出扭矩為額定扭矩的1.21倍；重載運行模式下,在100r/min時交流側輸入電流有效值為額定運行條件時的21.68%,輸出扭矩為額定扭矩的1.4倍。