1、开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 1 开关开关开关开关 磁阻电动机调速系统磁阻电动机调速系统磁阻电动机调速系统磁阻电动机调速系统 （ （ 简称简称简称简称 SRD） ） 原理及简介原理及简介原理及简介原理及简介1 发展历史磁阻式电动机诞生于 160年前 ， 但在此后漫长时期内 ， 它一直被认为是一种性能 效率 、 功率因数 、利用系数等 不高的电动机 ，故仅应用于少数小功率场所 通过最近约 20年间的研究和改进设计工作 ，使磁阻式电动机的性能不断提高 ，目前已能在较大的功率范围内使其性能不低于其它型式的电动机七十年代初 ， 美国福特电动机 Ford Motor 公司研制出
2、最早的开关磁阻电动机调速系统 Switched Reluctance Drive 其结构为轴向气隙电 动机 、晶闸管功率电路 ， 具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力 ，特别适用于以蓄电池供电的电动车辆传动七十年代中期 ， 在工业部门的促进下 ， 英国里兹 Leeds 大学和诺丁汉 (Nottingham)大学组成一研究小组 ，共同研制以传动电动车辆为目标的开关磁阻电动机调速系统 小组在该系统的理论研究和实践方面做了大量工作 ， 他们研制的样机容量从 10W至 50KW， 转速从 750rpm至 10,000rpm， 其系统效率和电动机利用系数等主要指标已达到或超过了传统传动系统 随
3、后以研究小组为基础成立了开关磁阻电动机调速系 统公司 Switched Reluctance Drives Ltd.）， 以经营其研究成果 1981 年英国 TASC公司TASC Drives Ltd. 获准制造该系统 ，并于 1983 年推出商品名为 Oulton 的通用调速系列产品 ，其容量范围为 4 22KW 该产品的出现在电气传动界引起不小的反响 因为其确实在很多性能指标上达到出人意料的高水平 ， 整个系统的综合性能价格指标已达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统表1 是当时对几种常用变速传动系统各项主要技术经济指标所作的比较 ， 开关磁阻电动机调 速系统的优势显而易见系统类
4、型比较项目电磁调速系 统直流系统PWM变频系 统开关磁阻系 统成 本 0.8 1.0 1.5 1.0额定转速 75 76 77 83效率(%) 1/2额定转速 38 65 65 80电动机容量 /体积 0.8 1.0 0.9 1.0控制能力 0.3 1.0 0.5 0.9控制电路复杂性 0.2 1.0 1.8 1.2可 靠 性 1.3 1.0 0.9 1.1噪声 dB 69 65 74 74表1说明 1 各系统均为 7.5千瓦 ， 1500转/分， 恒转矩负载 ；2 表中电动机容量 /体积 、 控制能力 、 控制电路复杂性 、 可靠性均以对直流系统的相对值表示开关磁阻电动机调速系统的出现不仅为
5、工业 、交通 、国防及家用电器等部门提供了一种极其优越的调速系统 ， 而且也因其具有的典型机电一体化结果丰富了 “机械电子学 ” 的成功实例 因此 1983年后在国际范围内迅速掀起开关磁阻电动机研究开发热 ，并持续至今不断发展 ，其产品推广领域不断扩大 在国外推广较早较成熟的有 矿山机械 采煤机 、 输送带等 、 航空发动机 、 电梯 、 电动汽车 、 洗衣机 、食品加工机 、 火车空调机 、 织布机等国内近年已有一大批高校 、研究所和工厂投入开关磁阻电动机调速系统的研究 、开发和制造工作自从我公司 原纺织部纺织机械研究所 于 1987年将首台样机用于工业现场以来 ， 已有至少十余家单位推出不
6、同性能 、不同用途的几十个系列规格产品 其产品已应用于纺织 、冶金 、机械 、矿山 、 运输等行开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 2 业的数十种生产机械和交通工具中 ,其发展速度十分迅猛 开关磁阻电动机调速系统在一些设备中发挥出独有的优势 ，已难以为其它类变速传动系统所代替 可以预言 ，该系统的异军 突起 ，必将在我国乃至世界的变速传动领域中占有重要的一席之地2 系统组成简介开关磁阻电动机调速系统 ，从功能部件上分 ，由磁阻式电动机 、 角位移传感器 、功率电路和控制电路四部分组成 图1 从样机和产品结构上看 ，每套系统通常由电动机和控制器两部分组成 ，其电动机部分包括角
7、位移传感器 ， 控制器部分含功率电路和控制电路传感器转速信号角位移信号电流信号操作图 1 电源1 .磁阻式电动机结构开关磁阻电动机调速系统所用磁阻式电动机为定转子双凸极结构 ，图 2 表示一台三相电动机的截面图 其定转子均由硅钢片迭成 ， 定子上有 12个极 ， 其上绕有集中绕组 ， 圆周相对两个极的绕组相串连 ，共构成三相绕组 转子上有 8个极 ， 没有任何型式的绕组当A 相绕组单独通电时 ，在电动机内建立以 a-a为轴线的磁场 ，该磁场作用于转子 ，将产生使邻近的转子极与之相重合的电磁转矩 ，并使转子转动 若在上述二者重合时改为 B 相绕组通电 ， 则由于定子极距为 60， 而转子极距为
8、90，由此产生的转矩将使转子逆时针转动 30 同理 ，再改为 C 相通电时 ，转子继续逆时针转动 30 由此可知 ， 若三相绕组轮流通电 ，即 ABCA， 则转子连续逆时针转动若改变通电相序为 ACBA， 则可使转子顺时针转动 若改变相电流的大小 ，可改变电动机转矩的大小， 进而可以改变电动机转速 若在转子极转离定子极时通电 ， 所产生的电磁转矩与转子旋转方向相反 ，为制动转矩 由此可知 ， 通过简单地改变控制方式便可改变电动机的转向 、 转矩 、 转速和工作状态2).角 位移传感器由上述磁阻式电动机的工作方式可知 ，为使其正常工作 ，必须在转子转到适当位置时导通适当的相绕组 ，并在转动过程中
9、始终正确切换各相绕组 若不能做到这一点 ， 非但电动机不能按要求转动 ，还会发生停转 、 反转或乱转现象 为了在电动机运行过程中随时知道转子的瞬时位置 ，电动机中必须装置角电动机控 制电 路驱 动电 路操 作 显示 电 路功 率电 路控 制 电 源控制器开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 3 位移传感器 ，这是开关磁阻电动机调速系统与其它一般电动机的一个明显区别3).功率电路图3 表示控制器中的功率电路 采用交流供电时 ， 功率电路由二极管整流器和可控功率开关 IGBT等 组成 当一相功率开关 如 TA、TA 导通时 ，经端子 A、A 向电动机绕组 A相 通电 当功率开关关
10、断时 ， 该绕组通过续流二极管 DA、 DA 向电容 C续流及回馈能量图 2 图34 .控制电路由图 1 可知 ，该系统属于转速电流双闭环系统 ，通过脉宽调制电路调节加在电动机绕组上的电压和电流 ， 实现调速和稳速的目的 由单片机组成的控制电路能实现多种参数设置及各种故障保护3. 系统的结构与性能特点1). 电动机结构简单 、成本低 、 适用于高速开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单 其突出的优点是转子上没有任何型式的绕组 ，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题 其转子机械弹度极高 ， 可以用于超高速运转 如每分钟 1万转 在定子方面 ，
11、 它只有几个集中绕组 ， 因此制造简便 ，绝缘容易2). 功率电路简单可靠因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关 ，即只需单方向绕组电流 ，故功率电路可以做到每相一个功率开关 对比感应电动机绕组需流过双向电流 ， 向其 供电的 PWM 变频器中功率电路每相需两个功率元件 因此开关磁阻电动机调速系统较 PWM变频器功率电路中所需的功率元件少 ，电路结构简单另外 ， PWM变频器功率电路中每桥臂两个功率开关直接跨在直流电源侧 ， 易发生直通短路烧毁功率元件 而开关磁阻电动机调速系统中每个功率开关元件均直接与电动机绕组相串联 ，根本上避免了直通短路现象 因此开关磁阻电动机调速系统中功率电路的保护电路可
12、以简化 ，既降低了成本 ，又具有高的工作可靠性3). 各相独立工作 ， 可构成极高可靠性系统从电动机的电磁结构上看 ，各相绕组和磁路 相互独立 ，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩 而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个园旋转磁场 ，电动机才能正常运转 从控制器结构上看 ，各相电路各自给一相绕组供电 ，一般也是相互独立工作 由此可知 ，当电动机一相绕组或控制器一相电路发生故障时 ，只须停止该相工作 ，电动机除总输出功率能力有所减小外 ，并无其它妨碍 由此本系统可构成可靠性极高的系统 ，可以适用于宇航等特殊场合4). 高起动转矩 ，低起动电流控制器从电源侧吸收较少的电流 ， 在
13、电机侧得到较大的起动转矩是本系统的一大特点 典型产品的数据是 起动电流为 15 额定电流时获得起动转矩为 100的额定转矩 ; 起动电流为额定值的 30时,DATADBTBDCTCVCA1 A2TADAB1 B2TBDBC1 C2TCDC开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 4 起动转矩可达其额定值的 150。 对比其它调速系统的起动特性 ，如直流电动机为 100 电流 ，获得 100转矩 ； 鼠笼感应电动机为 300的电流 ， 获得 100的转矩 起动电流小转矩大的优点还可以延伸到低速运行段 ， 因此本系统十分适合那些需要重载起动和较长时低速重载运行的机械 ， 如电动车辆等
14、5). 适用于频繁起停及正反向转换运行本系统具有的高起动转矩 ，低起动电流的特点 ，使之在起动过程中电流冲击小 ，电动机和控 制器发热较连续额定运行时还小 可控参数多使之能在制动运行同电动运行具有同样优良的转矩输出能力和工作特性 二者综合作用的结果必然使之适用于频繁起停及正反向转换运行 ,次数可高达 1000次/ 小时以上这类生产机械有龙门刨床 、铣床 、冶金行业可逆轧机 、飞锯 、 飞剪等6). 可控参数多 ，调速性能好控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种 :相开通角 ，相关断角 ， 相电流幅值 ，相绕组电压 ，可控参数多 ，意味着控制灵活方便 可以根据对电动机的运行要求和电
15、动机的情况 ，采用不同控制方法和参数值 ， 即可使之运行于 最佳状态 如出力最大 、 效率最高等 ）， 还可使之实现各种不同的功能和特定的特性曲线 如使电动机具有完全相同的四象限运行 即正转 、 反转 、 电动 、 制动 能力 ，并具有高起动转矩和串激电动机的负载能力曲线7). 效率高 ，损耗小 ，空载电流小本系统是一种非常高效的调速系统 这是因为一方面电动机转子不存在绕组铜损 ，另一方面电动机可控参数多 ，灵活方便 ，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制 其系统效率在很宽范围内都在 87以上 ， 这是其它一些调速系统不容易达到的 另外 ， 开关磁阻电动机的空载电流很小 ， 只有额定电
16、流的 1%左右 将本系统同 PWM变频器带鼠笼感应电动机的系统进行比较 本系统在不同转速和不同负载下的效率均比变频器系统高 ，一般要高 5个百分点左右8).可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求我公司开关磁阻电动机产品简介我公司开关磁阻电动机产品简介我公司开关磁阻电动机产品简介我公司开关磁阻电动机产品简介111 历年研制情况我公司 原纺织部纺织机械研究所 是国内首批从事 开关磁阻电动机调速系统 SRD 研究开发制造的单位 , 技术力量雄厚 ， 拥有多项技术专利 在 SRD产品开发和推广上 ， 我们在国内处于绝对领先地位 ，提供的 SRD产品占国内市场 90%以上 并远销欧 、美、 亚各
17、大洲 ， 已广泛应用于机床 、 煤矿 、 石油 、 轻纺等行业 自 1987 年推出第一台 SRD 实用样机以来 ， 经过近二十年的探索拼搏 ，在 SRD 领域创造了许多 “第一 “在国内首次获 “ 中国科学院青年奖励研究基金 ” 1986年在国内第一次研制出工业实用样机 ,并用于工业现场 (1987年)国内科技界第一次将该技术转让给生产企业 -南京调速电机厂 (1987年)研制的样机第一次在国内通过鉴定 (1988年)( 苏机鉴 88-6073)研制出国内容量最大的同类产品 -30KW(1990年),55KW(1997 年)180KW 2000年国内科技界第一次将该技术转让给 中外合资企业
18、-上海中达 -斯米克公司 (1992年)研制出我国第一个同类产品系列 -KC系列 SRD(1993年)国内最大容量同类产品 55KW 通过鉴定 (1999年)在国内首次被列入 “ 九五 国家科技成果重点推广计划 ” 1999年研制出我国第一台矿用产品系列 380V， 37KW X2）， 成功配套无锡采煤机厂 2001年国内最大容量同类产品 380V，132KW 应用于煤矿翻矸绞车 2002年国内最大容量同类产品 660V，280KW 应用于煤矿皮带机 2004年“电牵引采煤机用 1140V开关磁阻电动机驱动系统 ”被列入度国家级重点新产品计划 项目编号 2005ED600023 2005年开关
19、磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 5 “混合动力公交车用开关磁阻电动机及控制系统 ”项目被列入国家级火炬计划 项目编号2005EB050065 2005年国内 唯一 被 科技部授予国家级科技成果推广项目 “ 开关磁阻电动机调速系统 SRD 及其应用”技术依托单位 证书编号 2597现有同类产品最多 KC 、H、E、L、 DT、CM 及车用等多个系列四十余种规格在国内第一次将 开关磁阻电动机调速系统 用于电动汽车 、 电动自行车 、采煤 机、 皮带传输机、全自动洗衣机等工业及民用产品上在国际上第一次将开关磁阻电动机调速系统用于新型抽油机 、染整联合机 、龙门刨床 、龙门铣床 、
20、车床 、锯切机 、 卷染机 、脱水机 、涤纶抽丝机 、 造纸机 、可逆轧机 、 浆纱机 、成卷机 、 毛巾印花机 、 储纬器等二十余种生产机械2 H系列开关磁阻电动机调速系统H系列产品是我公司在总结了 KC系列技术方案优劣的基础上 ， 利用国际电子工业新成果于 1994年推出的技术经济指标更高的一代产品 ， 其功率范围为 2.2 30KW,该产品的主要特点为 采用第三代 IGBT功率模块为功率开关 ， 采用单 片机和模拟电路混合控制 ， 动态响应较快 电动机为定转子双凸极四相 8/6齿结构表2为H 系列开关磁阻电动机调速系统的型号规格 其电动机的外型及安装尺寸与同容量 Y 系列三相异步电机相同
21、H系列 (输入电压 3相 AC 380/50HZ， 额定转速 1500rpm，电机防护等级 IP44型号 H100A H100B H132A H132B H160A功率 (KW) 2.2 3.0 5.5 7.5 11型号 H160B H180A H180B H200功率 (KW) 15 18.5 22 30表23. L系列开关磁阻电动机调速系统L系列产品是在 H系列的基础上 ， 参照国外同类产品于 1997年推出的更新一代产品 ， 其功率范围为7.5 132KW 该产品的主要特点为 控制电路由一个单片机及数字 、模拟电路组成 ，工作稳定 、抗干扰强、 响应快 电动机为定转子双凸极 三相 12/
22、8齿结构 特别是对电机进行了优化设计 ， 极大地降低了电机的噪声 ， 其噪声水平与普通异步电机相当 该系列的推出使我国的开关磁阻电动机调速系统产品技术达到了国际先进水平表3为L 系列开关磁阻电动机调速系统的型号规格 其电动 机的外型及安装尺寸与同容量 Y系列三相异步电机相同功率 (Kw) 转速 (rpm)型号1000 1500L132B 7.5L160A 7.5 11L160B 11 15L180A 18.5L180B 15 22开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 6 L200A 18.5 L200B 22(30) 30L225A 30 45L250A 37 45L250B
23、 45 55L280A 45 75L280B 55 90L315A 75 110L315B 90 132L315C 110表34. DT系列开关磁阻电动机调速系统DT通用系列开关磁阻电动机调速系统 见图 4所示 ）， 是我公司在多年推广 KC、H、L 系列产品的基础上 ， 根据市场需求和国外技术发展动向推出的新一代产品 ， 该系列产品的功率范围为 7.5 400KW DT矿用系列隔爆水冷的规格最大为 400KW）， 电源电压有 380V/660V/1140V三种 ， 其主要性能指标较 KC、H、L系列明显提高 ，开关磁阻 电动机为定转子双凸极 三相 12/8齿结构 其主要性能特点如下1 采用
24、32位 DSP芯片进行全数字控制 ，运 算能力大大提高 ；2 采用了多种控制方式并进行效率优化 ，节能效果显著 ；3 电路板采用多层板面贴技术 ， 提高抗干扰能力 ；4 多功能输入输出端功能灵活设定 ，可以满足不同场合应用 ；5 多种给定方式 模拟 、数字 、 多段速 、UP/DOWN 、 脉冲 、通讯 ）， 多段速运行 ，S 曲线 ， 手动切换给定积分或者自动分转速段切换给定积分等 ；6 具有 CAN总线和 RS485通讯接口 ，便于构成智能网络控制系统 ；7 丰富的控制参数 PI参数 、过压值 、 风扇控制等 ）；8 丰富的状态参数 电压 、 电流 、 转矩 、转速 、 故障代码 、 散热
25、器温度等 ）；9 具有转速转矩两种给定方式 ， 电动 制动两种运行方式 ，满足各种应用表4为 DT系列开关磁阻电动机调速系统的主要性能指标图 4 DT系列开关磁阻电动机调速系统开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 7 主要性能指标主要性能指标主要性能指标主要性能指标额定功率 (kw) 7.5400额定转速 rpm 750、1000 、1500转速范围 rpm 501000,501350,502000额定转矩 N m 9549 额定功率 KW 额定转速 rpm输出特性 额定速以下为恒转矩 ，额定速以上为恒功率过载能力 120起动转矩 150% 额定转矩 ）， 200（ 额定转矩
26、输出特性制动转矩 100%电压 /频率 3 380V/50 Hz，3 660V/50 Hz， 3 1140V/50 Hz电源允许波动范围 15 ， 20， 50Hz5转速精度 0.1% 最高转速转速分辨率 数字给定 0.25rpm，模拟给定 0.1转速给定信号 模拟给定 两路输入 V1和 V2，0 10V信号 ，5 种组合方式 ，可设定偏移和衰减 数字给定 面板 、 CAN、485 能够设置启停控制 多功能输入和通讯共同控制升降速时间 0 1600s控制特性控制特性主要控制功能多段速运行 ，多功能输入 ， 多功能输出 ， 启动时速度跟踪 ，加减速时间选择 ， 转矩控制 ， 过转矩检测 ， 转矩
27、限制 ， 速度 /转矩选择控制 ， UP/DOWN功能 ，故障处理设定 ，脉冲修改数字给定 ，CAN， 485通讯控制等等保护功能电机超速 、 散热器过热 、 过电流 、过载 、 堵转 、电机短路 、欠压 、 过压 、电压极限值保护 、 接触器触头断开 、电机过温 、 电机传感器错误 、参数设置错误绝缘等级 B 或F防护等级 IP44配套电动机冷却型式 风扇自冷安装型式 壁挂式 90Kw）， 柜式 110Kw防护等级 IP23控制器特性冷却型式 风扇自冷标高 /振动 1000m以下 ，0.6g 以下存储温度 -25 65使用温度 -5 40环境要求相对湿度 不大于 90， 不结露表45. 派生
28、系列开关磁阻电动机调速系统针对各类不同的调速要求 ，从 E、H、L、 DT系列开关磁阻电动机调速系统派生出一些特殊产品 ，如车用开关磁阻电动机调速系统 、全自动洗衣机用开关磁阻电动机调速系统等 并可做成水冷 、 防爆 、多台同步 、 功率 /转矩给定 ， 功率范围 0.1400KW， 电压 交流 24V1140V，直流 24V2000V， 转速范围50 10000rpm， 也可根据客户特殊要求专门设计电机及控制器开关磁阻电动机调速系统典型应用开关磁阻电动机调速系统典型应用开关磁阻电动机调速系统典型应用开关磁阻电动机调速系统典型应用开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 8 1
29、龙门刨床龙门刨床是机加工行业的一种主要工作母机 如图 5 所示 刨床的工作方式是 工作台带着工件做往复运动 ，当其正程运动时 ，固定于机架的刨刀刨削工件 ；反程运动时 ，刨刀抬起 ，工作台空行返回 该刨床主传动系统的作用是带动工作台往复运动 显然 ，其性能优劣直接关系到刨床的加工质量和生产效率国内大量以直流机组为主拖动系统的刨床 ， 使用到现在大多处于严重老化的状态 电机磨损严重 ，高速重载时电刷上火花较大 ，故障频繁 ，维护工作量大 ，直接影响正常的生产 此外 ，该系统不可避免地存在设备庞大 、 耗电多 ， 噪音高的缺点 ， 因此急需用一种新型的调速装置来进行替换用开关磁阻电动机调速系统 改
30、造龙门刨床具有以下优点 :1) 节能 降噪 明显 实验表明 ，可节电近 30%70%； 噪声一般较原来直流机组平均下降 10dB左右2) 产品已与国内多个刨床厂配套 ，通过全面考核 可根据需要在机床上增加新功能 (铣、磨)3) 电机的起动电流小 为额定值的 30）， 对电网无冲击 ， 起动转矩大 为额定值的 150）， 适合于频繁起动 配套厂家现场做实验 ， 曾达 39次/ 分钟4) 制动转矩大 不小于额定转矩 ）， 换向时越位小5) 开关磁阻电动机调速系统 具有多种自保护功能 ，可靠性高6) 与直流机组相比 ， 可简化结构 ， 减少占地面积约 2/37) 特有断电制动功能 ， 可避免床面在意
31、外停电时冲出床身 ， 增加了安全性8) 开关磁阻电动机 无电刷及整流 子，维护工作量少我们另外开发了用于改造配套的电气柜及无触点行程开关 ， 用可编程控制器PLC 来替代原接触器电路 ， 极大地提高了刨床的整体可靠性 整套技术方案成熟 ，改造用户遍及全国各地 ，产品性能先进 ，质量稳定可靠 ， 深受用户好评2 煤矿机械SRD在煤矿机械中应用是十分典型而且成功的 ， 国外公司很早就将 SRD用于采煤机 、 皮带机 、 破碎机等井下机械 ，电压由 380V至 1140V不等 ， 功率最大至几百千瓦SRD用 SRD于煤矿机械主要具有以下优点1 电动机结构优势由于电动机电磁结构为 定转子双凸极 ， 定
32、子上有若干集中绕组 ， 转子上无绕组无鼠笼 ，因此定子绝缘强度好 各相绕组无重迭 ，不 易发生相间短路转子上无绕组 ，不怕热 ，也不会发生断条现象 ， 只需对定子冷却 ，易做成防爆水冷结构 ，转子机械强度高 适应冲击负载 ， 也适应高速运行转子转动惯量低 有快速的动态响应2 性能优势电机起动电流小 仅为额定电流的 30% 因井下供电线路较长 有的长达几公里 ）， 如起动电流过大， 必定会在线路上引起一个突然的大的压降 ，影响整个矿井电气系统的正常运行图 5 龙门刨床 配套 SRD为主轴开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 9 电机起动转矩大 当起动电流为 30%额定电流时 ，
33、起动转矩为 150%额定转矩 ；如对电机及控制器进行特殊设计后 ，起动转矩更可达 200%额定转矩 如采煤机 、 皮带机均十分需要这个特性空载损耗小 空载电流约为满载的 1%起动次数无限制 适应频繁起动制动和正反转综合效率高 在转速和转矩大范围变化时 ， 均保持较高的效率易于实现电动和制动运行状态转换 ，实现四象限运行自身构成自同步系统 在过载和堵转时不会失步 ，并保持稳定运行3 应用优势电动机电磁结构的体积重量不大于同容量鼠笼感应电机 ， 因此可利用各种已有矿用电机机座设计制造开关磁阻电动机 ，其外形尺寸安装尺寸不变 ，且电机及控制器结构均比较简单 ，适用煤矿恶劣的工作环境方便实现各种机械特
34、性 可根据需要改变机械特性的软硬 ， 能构成恒速系统或转矩调节系统方便实现 2台或多台电机同步运行 ，并使之输出转矩基本一致可采用不同结构型式 ， 满足特殊要求 例如电动滚筒等应用4 工作可靠性优势与交流变频器相比 ， 功率电路采用较少的开关元件 如一台电机 4 只开关 ）， 且开关元件与电机绕组相串联 ，不会发生直通短路现象我公司于 1998 年起与煤矿机械厂及煤矿用户进行合作 ，开发了采煤机 双 37KW同步 ， 机载 ，电压 380V及 1140V）， 见图 6示，皮带机 双 132KW同步 ， 660V），矸石山翻矸绞车 110KW， 660V等煤矿机械 ，并取得了广泛的成功 国内用于
35、井下的电气调速系统 交流及直流 以前大多数为进口 ，设备依赖程度大 ，维修费用昂贵 ，技术较为成熟的直流拖动由于电机的问题也没有好的解决办法 ， SRD的成功应用开创了煤矿电气调速一个新的世纪 ， 并可推广到其他矿产开采行业3 风机 、 水泵和中央空调系统目前 ， 我国的电力资源供求矛盾日益突出 ， 节电已经成为我国经济发展的一项战略国策 我国的风机、泵类在国民经济各部门的数量众多 ，分布面积广 ，耗电量巨大 据有关部门统计 ，风机 、 泵类设备的年耗电量占我国总动力耗电的 40%以上 ， 而且绝大多数为恒速运行 ， 只能靠调节风门 、 阀门或开 、 停数量来适应工况变化 ， 效率只有 30%
36、， 节能的潜力巨大 采用电机调速的方式来调节风量 流量 的办法来实现节能 ， 可以使供电成本大幅降低 ，这已经被公众所认同 国家在这方面一直大力倡导政策鼓励 ，现在，风机 、 泵类的节能改造项目在我国开展如火如荼开关磁阻电动机调速系统作为一种先进的新型高效节能调速电机 ， 同样在风机泵类的节能改造中有着广泛的应用天地图 6 SRD配套的电牵引采煤机开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 10 中央空调系统主要是由风机和水泵组成 ， 已广泛应用于工业与民用领域 据统计 ， 中央空调的用电量占各类大厦总用电量的 70%以上 由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计 ， 而实
37、际上在一年中 ， 满负载下运行最多只有十多天 ， 甚至十多个小时 ， 几乎绝大部分时间负载都在 70%以下运行 通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载 ， 而与冷冻主机相匹配的冷冻泵 、冷却泵却不能自动调节负载 ，几乎长期在 100%负载下运行 ， 造成了能量的极大浪费 ， 也恶化了中央空调的运行环境和运行质量随着电机调速系统技术的日益成熟 ， 利用电机调速器 、 PLC、 数模转换模块 、 温度传感器 、 温度模块等器件的有机结合 ，构成温差闭环自动控制系统 ，自动调节水泵的 输出流量 ，达到节能目的提供了可靠的技术条件应用 开关磁阻电动机调速系统 ，对中央空调系统进行
38、节能改造 ， 节能效果明显 根据改造案例 ，经过用户测试 ， 实验数据表明 ， 综合节电率平均超过 50%， 在特定时节 ， 如春秋季节 ， 节电效果更高达 80%，具有很好的节电效果 ，投资收益回报也非常可观应用先进高效节能的 开关磁阻电动机调速系统 ，对风机 、水泵和中央空调进行节能改造 ， 在我国经济飞速发展的今天 ，市场的空间是十分巨大的 ，发展前景是非常乐观的 ，同时也有着巨大的经济和社会效益4 空气压缩机空气压缩机是一种利用电动机将气体 在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备 它的用途广泛 ，可以用于冶金 、机械制造 、 矿山 、电力 、纺织 、 石油化工等各个行业 空
39、压机约占大型工业设备 (风机 、 水泵 、 锅炉 、 空压机等 )耗电量的 15% 目前 ， 从国内使用情况统计来看 ， 大部分空压机自身存在着以下几个缺点(1)当输出压力大于一定值时 ，自动打开泄载阀 ，使异步电动机空转 ，严重浪费能源 ；(2)异步电动机易频繁的启动 、停止 ， 电机轴承磨损大 ，影响电机的使用寿命 ；(3)工作条件恶劣 ， 噪音大 ；(4)自动化程度低 ， 输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的 ， 调节速度慢 ， 波动大 ， 不稳定 ，精度低 ；(5)空压机工频启动电流大 ，对电网冲击大针对以上存在的问题 ，应用开关磁阻电动机替换原来空压机上的交流电动机 ，对空压机
40、进行节能改造，采用先进的 PID调节功能 ， 通过压力传感器 ， 采集空压机运行压力 ，给出信号给开关磁阻电动机 ，调节空压机的转速和输出功率 ， 形成闭环反馈系统 ，自动依实际需要调节空压机供气量 ，并保持压力的恒定 ， 以达到节能的目的 一般经过改造以后 ，节电率可达到 15%50% ， 此种方案实用性强 ，自动化程度高 ， 节能效果显著 主要特点有1 节能降耗明显 如在深圳某公司 ，应 用我公司 30KW开关磁阻电动机调速系统 ， 进行空压机节能改造 经过对空压机改造前后的耗能比较 ， 在相同供气量的前提下 ， 开关磁阻电动机调速系统比普通交流异步电机节电 40 左右 节能效果明显 ，噪
41、音也大大降低2 提高了压力控制精度 自动化程度高 ，克服原系统手动调节的缺点 减少了 值班人员劳动强度3 改造后的空压机 ，不仅具有节能效果 ，而且整机发热减小 ，机器损耗降低 延长了压缩机使用寿命 减少了对设备的维修量国外的开关磁阻电动机应用于空压机领域 ，最为典型的例子是欧洲的康普艾公司 康普艾公司是有着一百多年历史的具有丰富经 验的世界顶尖压缩机制造商之一 康普艾公司采用由英国 SR Drives 有限公司授权的开关磁阻电动机技术应用于压缩机领域 ， 推出了 LSR系列调速型开关磁阻式螺杆空压机产品见图 7示开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 11 该公司成功了利用开
42、关磁阻电动机特有的性能特点和结构 ，并采用最新的控制和检测方面的技术 ，使新颖的开关磁阻调速型螺杆空压机项目获得了开创性的成功LSR 系列开关磁阻式螺杆空压机 ，主要配套开关磁阻电机功率范围主要是50KW128KW之间的多种规格 LSR系列产品充分利用了 SRD 系统特有的节能高效的性能 ，精确地根据用气量调节能耗 ，做到在不同用气量下能量利用率始终处于最佳状态 ，能源消耗大大降低 并且 ，由于精确的压力控制 、旋转部件的平缓加减速延长了机组的使用寿命 ，使得产品投资有了更大的收益回报 LSR 系列产品融合了节能理念和康普艾的先进设计开发及制造水平，使得产品获得了出奇的节能的效果和市场的巨大成
43、功 由于康普艾公司的 LSR 系列开关磁阻式螺杆空压机产品的完美设计和在环保 、 节能 、工业应用中的贡献 ， 1999年获得汉诺威国际工业协会的 20世纪末生态设计奖5 电动车辆进入 20世纪 80年代以来 ， 由于人们对环境和能源问题的日益关 注， 电动车这种相当古老的运输工具， 因其行驶时零排放 、噪声低 、电能来源广阔 、能源利用率高等优点受到高度重视 “十五 ”期间 ，国家科技部将电动汽车项目列入国家 “863”重大专项 开关磁阻电动机调速系统由于它在性能和结构上具有一系列的特点 ， 十分适合电动车辆使用 ， 被国际电动车科技界誉为 21世纪适用于电动车辆最有发展潜力的一种电力驱动系
44、统开关磁阻电动机调速系统 用于电动车辆具有以下的优点 :1).电机结构简单 ， 适用于高速 ，易做成水冷防爆结构 ，基本上无须维护2).动力性好 ，调速范围大 ， 具有串 级电机的机械特性 ，可减少档数 ， 方便操作3).电机的起动电流小 ,对电瓶无冲击 ， 起动转矩大 ， 适合于重载起动图 7 LSR系列开关磁阻式螺杆空压机图 8 EQ6110HEV混合动力城市公交车开关磁阻电动机调速系统 SRD北京中纺锐力机电有限公司 12 4).制动转矩可调 ，最大制动转矩不小于电动额定转矩5).整个调速范围内均能保持高效率 ,并具有能量回馈功能 ， 在下坡及刹车过程中将机械能转换为电能 ，对电瓶充电6
45、).控制器具有多种自保护功能 ，可靠性高 功率电路简单可靠 ， 成本较低 ，适合推广7).可以根据车辆总体动力要求实现转速调节系统 、转矩调节系统 、功率调节系统或混合调节系统近几年来 ， 我公司与各汽车生产厂 、 工矿企业 、科研院校进行了广泛的合作 ，开发研制了 用于包括电动自行车 100W）、 电动微型三轮车 2.2KW）、 轻型轿车 (12KW)、 中巴客车 (30KW)、采煤机 (双 37KW)、地铁牵引 (180KW)等车辆及机器的主驱动 SRD， 取得了良好的效果 1997年， 加入 “中国电工技术学会电动车辆专业委员会 ” 登记号 1182002 年， 我公司开发生产的 城市电
46、动公交车开 关磁阻电动机驱动系统中标项目通过科技部专家组的验收 2005 年， 我公司的 “混合动力公交车用开关磁阻电动机及控制系统 ” 项目被列入国家级火炬计划项目编号 2005EB0500652005年 12月， 由我公司研制生产的 车用高性能全数字开关磁阻电动机及控制系统 ， 成功配套在东风电动车辆股份公司的国家 863计划项目 “EQ6110HEV 混合动力城市公交车 ”上 见图 8示 ）， 在武汉市公交线路上正式投入运营 ， 标志着我国电动汽车技术水平一个重大突破 ， 取得了巨大的社会反响6 新型抽油机目前 ， 我国抽油机的保有量在 10万台以上 ， 电动机装机总容量在 3500MW
47、， 每年耗电量逾百亿 kW h抽油机的运行效率特别低 ， 在我国平均效率为 25.96， 而国外平均水平为 30.05， 年节能潜力可达几十亿 kW h随着我国大部分油田进入中后期开发阶段 ， 对抽油机的需求量越来越大 据统计 ， 近年来全国每年需新增抽油机约 5000 至 7000 台， 而全国抽油机生产能力达到 1.2 万台以上 今后抽油机生产行业的发展，从产品结构 、性能 、 特点到整机质量都要符合节约型企业的内在要求 这是摆在抽油机生产行业面前的一个重大而紧迫的课题国内现大多数油田仍采用老式游梁式抽油机 ， 能耗较大 ，电费支出占石油开采成本的 25%之多 ， 且冲程冲次调节十分不便
48、随着中国加入 WTO 的日益临近 ， 国内油田开采的高成本使其很难适应国际竞争 ，降低能耗是其当务之急 ，因此急需开发高效节能型抽油机 由开关磁阻电动机调速系统配套的新型摩擦换向式抽油机 见图 9）， 由电机换向直接带动油杆上升及下降，极大地简化了传动机构 ，整体效率大大提高 ， 在性能上比原抽油机有了突破性的发展 ，在国内各大油田使用良好 ，深受用户欢迎 专家评论认为 ，新型摩擦换向式抽油机是抽油机制造史上的一次革命开关磁阻电动机用于新型抽油机 ， 具有以下优点1) 转速连续可调 ， 调节范围大 可达 1 20）， 调节十分方便， 只需调节电位器即可完成 ， 因此能改变抽油机的冲程冲次 ，适应各种井况2) 起动电流小 、转矩大 ，适合频繁 换向3) 功率因素高 ，对电网无污染 ，不需无功补偿4) 效率高 ，节能明显 ， 可比游梁式抽油机节能 30%以上5) 电机免维护 ，适用野外恶劣环境图 9 新型高效节能抽油机
