礦用無刷直流電機繞組導通方式研究

劉立民

【摘要】 隨之電力電子技術、計算機技術和現代控制理論的不斷發展，無刷直流電機的控制技術也不斷進步。本文在分析井下安全生產形勢和礦用無刷直流電機結構的基礎上，開展對礦用無刷直流電機繞組導通方式的研究，將兩兩通和三三通的合成力矩進行比較分析，結果表明：兩兩通是礦用無刷直流電機繞組導通方式的理想選擇。

【關鍵詞】 煤礦 無刷直流電機 導通 兩兩通

隨著煤礦開采深度和強度的不斷增加，井下安全生產問題越來越重要，對礦用產品的安全性和可靠性要求不斷提高。礦用無刷直流電機具有起動特性好、輸出轉矩大和調速范圍寬等優點，是煤礦井下重要的設備之一，其性能好壞直接關系到安全生產工作能否順利開展。

一、礦用無刷直流電機

礦用無刷直流電機和有刷直流電機的重要區別是換向方式的變化，有刷直流電機依靠機械換向裝置換向，換向過程可能產生火花，所以不能再煤礦井下應用；礦用無刷直流電機依靠電子換向器，換向過程安全可靠，沒有爆炸的安全隱患，所以在煤礦井下具有廣闊的應用空間。

礦用無刷直流電機工作過程如下：處理器采集轉子位置傳感器反饋的電機轉子位置信息，根據換相邏發送不同的控制信號給橋式驅動電路，驅動電路不同橋臂的功率開關管導通，進而控制定子繞組不同的通電方式，在定子繞組上產生連續旋轉磁場，旋轉磁場與永磁體磁場相互作用拖動電機轉子旋轉。伴隨電機轉子的旋轉，位置傳感器發送不同的信號，處理器的控制指令也發生變化，改變電子繞組的通電狀態，使得定子繞組電流電磁場和永磁體磁場之間一直具有恒定的轉矩，驅動電機持續運轉。在電流作用產生的磁場與永磁體磁場相互作用產生恒定的轉矩，驅動電機不斷旋轉。

二、礦用無刷直流電機導通方式

根據礦用無刷直流電機主回路控制方式的不同分為三相半控和三相全控兩種類型，三相半控方式驅動電路由三個功率開關管并聯組成，電路結構簡單，但繞組利用率低，每個周期內繞組只有1/3的時間通電，另外2/3時間則不通電，繞組利用率低；三相全控方式的橋式驅動電路由6個功率開關管兩兩串組成三個橋臂，然后三橋臂相互并聯組成，工作過程中至少有兩相繞組同時通電，繞組利用效率高，因此本文選用三相全控方式控制。在三相全控方式電路中，假如同一橋臂繞組同時導通相當于直接將電源短接，所以在礦用無刷直流電機三相全控方式時，絕對不允許同一橋臂的功率開關管同時導通。

礦用無刷直流電機繞組導通方式是指在工作上的瞬間由幾相繞組同時通電，兩兩導通方式和三三導通方式是永磁無刷直流電機全控式控制系統常見的繞組導通方式。在礦用無刷直流電機兩兩導通方式時，同一瞬間都有不同橋臂的兩個功率器件導通，每隔1/6周期換相一次，假設定義流入繞組的電流產生的轉矩方向為正，即+Ta，則流出（另一個繞組）電流產生的轉矩方向為負，即-Ta，則流入和流出電流產生的電磁轉矩和為Ta，如圖1所示。

在礦用無刷直流電機三三導通方式時，同一瞬間都有不同橋臂的三個功率器件導通，每隔600的電角度換相一次，功率器件的導通角度為1800電角度。假設流入繞組的電流產生的電磁轉矩方向為正，即+Ta，則流出電流產生的電磁轉矩方向為負，即-Ta，則流入河流出電流產生的電磁轉矩和為1.5Ta，如圖2所示。

圖1礦用無刷直流電機繞組兩兩導通方式

圖2礦用無刷直流電機繞組三三導通方式合成力矩

三、結束語

通過礦用無刷直流電機繞組導通方式進行對比分析可得：繞組兩兩通方式的輸出轉矩大于三三通方式，對于三相礦用無刷直流電機，為了獲得更大的輸出力矩，主回路繞組通電控制方式采用兩兩導通方式更適合。隨之我國現代化礦井建設的不斷推進，礦用無刷直流電機將在煤礦安全生產中起到越來越重要的地位，開展礦用無刷電機繞組導通方式的研究對于提高井下安全生產設備的可靠性，排除安全生產隱患和改善電機控制技術具有重要的意義。

參考文獻

[1] 王成元，夏加寬，孫宜標.現代電機控制技術[M].北京：機械工業出版社

[2] 崇鑫.減小轉矩脈動的異步電機直接轉矩控制系統研究[D].西安：西安理工大學，2007

[3] 張恒.直接轉矩控制異步電動機啟動方法的研究[D].遼寧：遼寧工程技術大學，2004