開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在搗固機(jī)上的應(yīng)用分析

一、產(chǎn)品介紹

        開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是繼直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)之后的調(diào)速電機(jī)。隨著開關(guān)磁阻電機(jī)功率的不斷增大，性能的不斷穩(wěn)定，近幾年在國內(nèi)很多行業(yè)，得到了非常廣泛的應(yīng)用，被傳動領(lǐng)域?qū)＜曳Q為繼直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)之后的第三代調(diào)速系統(tǒng)。

        2005年，由中國國家、、環(huán)?？偩窒掳l(fā)的2005年第65號文件，第32項(xiàng)中，明確提出開關(guān)磁阻的推廣使用，并對該產(chǎn)品做了以下客觀描述：

“開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)是一種機(jī)電一體化節(jié)能型調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)。它由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器及控制器組成。同傳統(tǒng)的直流及交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、制造成本低；效率高，不僅在額定輸出狀態(tài)下，而且在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)也能保持高效率運(yùn)行；一般系統(tǒng)效率達(dá)80%以上；啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流??；制動性能好，能實(shí)現(xiàn)再生制動，節(jié)約電能；系統(tǒng)調(diào)控性能好，四象限控制靈活；具有無刷結(jié)構(gòu)，適用于在高粉塵、高速、易燃易爆等惡劣環(huán)境下運(yùn)行；可以在各行業(yè)應(yīng)用。     

        開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起了電氣傳動界的一個震動，其在性能指標(biāo)上達(dá)到出人意料的高水平。

       電氣傳動系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法都是利用現(xiàn)有的電動機(jī)，在此基礎(chǔ)上做系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)電動機(jī)是所做的優(yōu)化僅僅涉及電動機(jī)本身，而系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是在已有電動機(jī)的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)，只能稱為局部優(yōu)化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法必然限制系統(tǒng)整體水平的提高。開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由電動機(jī)和控制器組成的一個不可分割的統(tǒng)一體，其電動機(jī)和控制部分均不能單獨(dú)使用，也沒有現(xiàn)成的產(chǎn)品供選用。因此，其設(shè)計(jì)方法只能是從系統(tǒng)整體性能出發(fā)，同時對系統(tǒng)的每一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不是單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。電動機(jī)和電路部分的設(shè)計(jì)均是從系統(tǒng)整體性能優(yōu)化的角度出發(fā)，而不是只考慮每一部分本身的優(yōu)化。這種設(shè)計(jì)方法同傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，是一種本質(zhì)區(qū)別，屬于“機(jī)械電子學(xué)"范疇，在這種思想指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。從這個角度出發(fā)，開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)高于其他傳動系統(tǒng)，也就不難理解了。

        因?yàn)槿绱?，很多電氣行業(yè)的專家把開關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)稱為電氣傳動系統(tǒng)發(fā)展過程中的一個里程碑，并認(rèn)為他將作為傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的有力競爭對手，出現(xiàn)在各個領(lǐng)域。

二、產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)

1、開關(guān)磁阻電機(jī)與其他電機(jī)的性能比較

2、開關(guān)磁阻電機(jī)性能特點(diǎn)

（1）效率高，節(jié)能效果好。在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi)，SRD效率都可達(dá)到85%以上，整體效率比交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)（簡稱變頻調(diào)速）至少高10%以上，在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高20~30%以上。與直流調(diào)速、串級調(diào)速、電磁調(diào)速等系統(tǒng)相比，SRD節(jié)電效果更明顯。 

（2）起動轉(zhuǎn)矩大，特別適合于那些需要重載起動和負(fù)載變化明顯并且頻繁的場合。SRD控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)可得到較大的起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%時（車用300%）、起動電流僅為額定電流的30%，比之直流流電動機(jī)的99%電流獲得99%的轉(zhuǎn)矩的性能，優(yōu)勢非常明顯。

（3）調(diào)速范圍廣。SR電動機(jī)可以在低速下長期運(yùn)行。由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時還要低。此外，SR電動機(jī)轉(zhuǎn)速不會像交流電動機(jī)那樣受極數(shù)的限制，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活地設(shè)定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速可達(dá)10000rpm。

（4）可頻繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動、停止，電動車等應(yīng)用場合。

（5）起動電流小，避免了對蓄電池的沖擊，在整個工作范圍內(nèi)，其起動電流小于額定電流。

（7）電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、制造工藝簡單，成本低。工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動環(huán)境，不存在直流永磁電機(jī)的退磁現(xiàn)象。

（8）由于控制器中功率變換器與電機(jī)繞組串聯(lián)，不會出現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)功率變換器可能出現(xiàn)的直通故障，可靠性大為提高。

3、開關(guān)磁阻電機(jī)特性曲線

下面是開關(guān)磁阻電機(jī)與傳統(tǒng)調(diào)速電機(jī)的效率比較曲線。

 說明：

1，對于大部分工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場，為了提高設(shè)備的整體可靠性，或?yàn)榱嗽黾与姍C(jī)啟動扭矩，所選配的電機(jī)額定功率總是大于實(shí)際所需功率，大部分電機(jī)長時間工作在輸出功率的80%，70%，60% ，40%，30%甚至更低，故效率偏低，從上圖的功率-效率曲線可見，開關(guān)磁阻電機(jī)不論在低功率還是高功率，都能夠保持較高的效率，所以，對于那些負(fù)載變化頻繁，平均負(fù)載率低的場合，能實(shí)現(xiàn)比較理想的節(jié)能效果；

2，在很多需要調(diào)速的工業(yè)現(xiàn)場，速度越低，傳統(tǒng)電機(jī)效率越低，從上圖的速度-效率曲線可見，開關(guān)磁阻電機(jī)不論在低速還是高速，都能夠保持較高的效率，所以，對于那些速度變化頻繁，平均速度低的場合，能實(shí)現(xiàn)比較理想的節(jié)能效果。

三、在搗固機(jī)上的應(yīng)用分析

搗固機(jī)是焦化行業(yè)最重要的生產(chǎn)設(shè)備，傳統(tǒng)的搗固機(jī)利用電動機(jī)，帶動減速機(jī)構(gòu)，根據(jù)凸輪的機(jī)械特性，不斷的夾放錘柄做往復(fù)運(yùn)動。最終把煤餅搗固成型。我們項(xiàng)目組根據(jù)傳統(tǒng)搗固機(jī)存在的缺陷，設(shè)計(jì)更換為開關(guān)磁阻電機(jī)，根據(jù)工藝要求，提供了一套控制精確，運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長的開關(guān)磁阻電機(jī)及控制系統(tǒng)。具體完成功能如下：

1、 電機(jī)所帶負(fù)荷為搗固錘錘桿的重量,480kg,行程0.5m。

2、 從“初始狀態(tài)"到“開始工作"為一種控制方式，工藝上稱放錘。煤箱里面的煤很少，整個搗固錘向下行走的行程。

3、 “工作中"搗固錘做往復(fù)運(yùn)動，為第二種控制方式，上升（通電）時間250ms，上端停頓時間80ms，下降時間280ms，下端停頓時間90ms，以上時間均為可調(diào)，一個搗固周期時間為700ms。在下降的過程中開關(guān)磁阻電機(jī)可以瞬間給搗固錘一個合適的下加力，隨著不斷的往煤箱加煤，煤餅高度逐漸升高。

4、 當(dāng)煤餅高度達(dá)到工藝要求，即“工作完成"。搗固錘要恢復(fù)到“初始狀態(tài)"，工藝上稱為收錘。為第三種控制方式，一個工作周期完成。

5、 搗固錘的所有動作均為開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)工藝要求自行配備能夠達(dá)到要求的元器件。

6、 電機(jī)設(shè)定過流、過壓、斷電恢復(fù)拒動、執(zhí)行元器件失控保護(hù)、工作過程中突發(fā)情況保護(hù)，可以手動收放搗固錘等一切可以做到的保護(hù)措施。

7、 每搗固一個煤餅約為6分鐘，停止9分鐘，焦化廠每天的產(chǎn)量 >150爐。

8、 開關(guān)磁阻電機(jī)可以頻繁起停、頻繁正反轉(zhuǎn)（達(dá)到1000次/小時），啟動電流僅為額定電流的30%，啟動平緩不會沖擊電網(wǎng)。

四、在搗固機(jī)上的電機(jī)節(jié)能應(yīng)用分析

1） 搗固機(jī)電機(jī)工作特點(diǎn)是負(fù)荷變化較大，在上升工作時，處于帶負(fù)載工作，在下行返回時，屬于空載狀態(tài)，按上述工作狀態(tài)分析，負(fù)載變化較大，平均負(fù)荷率較低，所以，搗固機(jī)電機(jī)從整體工作狀況來說，處于低負(fù)荷工作狀態(tài)，故效率偏低，存在較大的節(jié)能空間。從上面的負(fù)載-效率曲線可以看出，采用開關(guān)磁阻電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)較大幅度的節(jié)能,節(jié)能25%以上；

2） 其二，開關(guān)磁阻電機(jī)屬于調(diào)速電機(jī)，可以滿足不同的起重要求，在需要調(diào)速的場合，對速度進(jìn)行調(diào)整，故平均速度低于額定轉(zhuǎn)速，與不調(diào)速電機(jī)相比，可以直接明顯降低能耗；與調(diào)速電機(jī)相比，因?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)在較寬調(diào)速范圍內(nèi)效率較高，從上面的速度—效率曲線可以看出，也存在較大的節(jié)能空間，實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)能。