双SRM无位置控制系统在采煤机中的应用

摘要：针对采煤机恶劣的工作环境导致位置传感器故障率高，系统可靠性差的问题，提出了双开关磁阻电机(SRM)无位置传感器控制策略。以DSP为核心控制芯片，搭建了双18．5 kW SRM控制器，并在某型电牵引采煤机上进行了实验验证。实验结果表明，主、从机换相平稳，输出功率平衡，位置估计精确，转矩脉动小。
关键词：开关磁阻电机；无位置传感器；控制

1 引言
采煤机是煤矿井下主要的生产设备，不仅需要较大的牵引力，而且需要频繁的启动和换相，工作环境十分恶劣，因此要求调速系统具有防爆、防潮以及防尘等要求。
采煤机牵引主要有液压牵引和电牵引两种方式。前者故障率高，维修费用大；后者有运行可靠，系统反应快，效率高，可四象限运行，维修简单方便等诸多优点，因此得到了广泛重视。SRM起动转矩大，机械特性较硬，适合频繁起停，具有坚固可靠，易于水冷等优点，因此较其他电机更适合作为采煤机的牵引。
位置传感器的应用不仅增加了系统成本和复杂程度，更重要的是降低了系统结构的坚固性，影响运行可靠性，尤其是在潮湿、振动、多尘等环境较恶劣的场合。国内外学者提出了多种可行的无传感器控制方案，如电压脉冲注入法、磁链电流法、电感模型法和神经网络法等。在此采用了简化的磁链电流法，首先以高性能DSP实现数字磁链积分器获得估算磁链，然后与当前换向位置磁链比较，确定是否到达换相位置。

2 双SRM无位置传感器控制系统
2．1 采煤机电牵引系统
采煤机的任务是同时完成落煤、装煤两道工序。双滚筒采煤机是目前应用最广的采煤机械，主要由截割部(包括截割电机、摇臂和截割滚筒)、牵引部和中间箱组成。左右截割部的电机动力经齿轮减速传递到摇臂进而最终驱动左右滚筒实现割煤，摇臂用于调整滚筒的截割高度；左右牵引部的作用是使采煤机沿工作面移动，实现连续割煤；中间箱主要包含采煤机的电气控制部分。此处研究的两台SRM分别安装在采煤机左右牵引部中，采用防爆水冷方式。
2．2 SRM无位置传感器控制策略
2．2．1 SRM的磁链特性
SRM的双凸极结构使得其通常工作在磁饱和状态，因此难以建立可以求解的精确数学模型。SRM的磁链特性可以通过有限元分析或实验测量的方法获得，其表现形式为电动机磁链、相电流和转子位置之间的曲线族。三相12／8极结构的SRM，θ=0°对应于定子凸极中心与转子凹槽中心重合的位置，此处相电感最小；θ=25°对应于定、转子凸极中心完全对齐的位置，此处相电感最大。图1a为磁链特性的二维曲线，图1b为磁链特性的三维曲线。