雙SRM無位置控制系統(tǒng)在采煤機中的應(yīng)用

摘要：針對采煤機惡劣的工作環(huán)境導致位置傳感器故障率高，系統(tǒng)可靠性差的問題，提出了雙開關(guān)磁阻電機(SRM)無位置傳感器控制策略。以DSP為核心控制芯片，搭建了雙18．5 kW SRM控制器，并在某型電牽引采煤機上進行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明，主、從機換相平穩(wěn)，輸出功率平衡，位置估計精確，轉(zhuǎn)矩脈動小。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機；無位置傳感器；控制

1 引言
采煤機是煤礦井下主要的生產(chǎn)設(shè)備，不僅需要較大的牽引力，而且需要頻繁的啟動和換相，工作環(huán)境十分惡劣，因此要求調(diào)速系統(tǒng)具有防爆、防潮以及防塵等要求。
采煤機牽引主要有液壓牽引和電牽引兩種方式。前者故障率高，維修費用大；后者有運行可靠，系統(tǒng)反應(yīng)快，效率高，可四象限運行，維修簡單方便等諸多優(yōu)點，因此得到了廣泛重視。SRM起動轉(zhuǎn)矩大，機械特性較硬，適合頻繁起停，具有堅固可靠，易于水冷等優(yōu)點，因此較其他電機更適合作為采煤機的牽引。
位置傳感器的應(yīng)用不僅增加了系統(tǒng)成本和復雜程度，更重要的是降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的堅固性，影響運行可靠性，尤其是在潮濕、振動、多塵等環(huán)境較惡劣的場合。國內(nèi)外學者提出了多種可行的無傳感器控制方案，如電壓脈沖注入法、磁鏈電流法、電感模型法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。在此采用了簡化的磁鏈電流法，首先以高性能DSP實現(xiàn)數(shù)字磁鏈積分器獲得估算磁鏈，然后與當前換向位置磁鏈比較，確定是否到達換相位置。

2 雙SRM無位置傳感器控制系統(tǒng)
2．1 采煤機電牽引系統(tǒng)
采煤機的任務(wù)是同時完成落煤、裝煤兩道工序。雙滾筒采煤機是目前應(yīng)用最廣的采煤機械，主要由截割部(包括截割電機、搖臂和截割滾筒)、牽引部和中間箱組成。左右截割部的電機動力經(jīng)齒輪減速傳遞到搖臂進而最終驅(qū)動左右滾筒實現(xiàn)割煤，搖臂用于調(diào)整滾筒的截割高度；左右牽引部的作用是使采煤機沿工作面移動，實現(xiàn)連續(xù)割煤；中間箱主要包含采煤機的電氣控制部分。此處研究的兩臺SRM分別安裝在采煤機左右牽引部中，采用防爆水冷方式。
2．2 SRM無位置傳感器控制策略
2．2．1 SRM的磁鏈特性
SRM的雙凸極結(jié)構(gòu)使得其通常工作在磁飽和狀態(tài)，因此難以建立可以求解的精確數(shù)學模型。SRM的磁鏈特性可以通過有限元分析或?qū)嶒灉y量的方法獲得，其表現(xiàn)形式為電動機磁鏈、相電流和轉(zhuǎn)子位置之間的曲線族。三相12／8極結(jié)構(gòu)的SRM，θ=0°對應(yīng)于定子凸極中心與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合的位置，此處相電感最??；θ=25°對應(yīng)于定、轉(zhuǎn)子凸極中心完全對齊的位置，此處相電感最大。圖1a為磁鏈特性的二維曲線，圖1b為磁鏈特性的三維曲線。