專利名稱：礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動(dòng)機(jī)，尤其涉及適用于礦業(yè)行業(yè)使用的電動(dòng)機(jī)。
技術(shù)背景目前煤礦井下常用的調(diào)速系統(tǒng)有直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好，但電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，又是有刷結(jié)構(gòu)，碳刷和整流子易產(chǎn)生火化，整流子易磨損、變形、故障率高，維護(hù)工作量大，維修費(fèi)用高。交流調(diào)速系統(tǒng)，維護(hù)量少，性能較高，其電機(jī)上無碳刷和整流子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但其起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，再生制動(dòng)控制復(fù)雜。國內(nèi)現(xiàn)有的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)僅應(yīng)用于地面不防爆的場(chǎng)合，沒有適合在煤礦井下高煤塵、易燃、易爆的惡劣工況環(huán)境中運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，本實(shí)用新型的電機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組，無碳刷也不加永磁體，維護(hù)量小；系統(tǒng)起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)不受限制，可作不間斷的連續(xù)起動(dòng)制動(dòng)工作，系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)和效率都很高，且調(diào)控性能好，能夠四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型由礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)的電機(jī)控制器以及用于安裝電機(jī)控制器的隔爆外殼三部分組成；本實(shí)用新型中的電機(jī)為隔爆型，其定轉(zhuǎn)子為雙凸極12/8齒結(jié)構(gòu)。定子齒上有集中繞組，每四個(gè)齒的繞組相連接，構(gòu)成三組繞組。當(dāng)某相繞組通電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)使鄰近轉(zhuǎn)子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉(zhuǎn)矩。順序?qū)Ω飨嗬@組通電，則可使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。改變通電次序，可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?？刂圃撾娏鞯拇笮『屯〝鄷r(shí)刻，可以改變轉(zhuǎn)矩，改變轉(zhuǎn)速，還可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)運(yùn)行。
電機(jī)控制器由起動(dòng)及給定電路、脈寬調(diào)制電路、通電邏輯電路以及給定積分器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器等組成。是根據(jù)外部操作控制要求和電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況連續(xù)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)，以通過驅(qū)動(dòng)電路改變電動(dòng)機(jī)的通電，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到規(guī)定的運(yùn)行要求，如轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速電動(dòng)與制動(dòng)等，并使電動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。
隔爆外殼滿足機(jī)械和電氣閉鎖要求；開關(guān)內(nèi)裝有隔離開關(guān)、熔斷器、抗冷凝裝置；以及用于抗干擾的進(jìn)出線電抗器；設(shè)計(jì)了用于冷卻控制器功率元件的水冷腔體。
在電動(dòng)機(jī)的后部，裝有高性能紅外光電元件傳感器，并且有防塵密封罩保護(hù)。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的電機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型中控制器的功率電路示意圖；圖4為本實(shí)用新型中控制器的控制電路邏輯框圖。
圖5為本實(shí)用新型中隔爆外殼剖視圖；圖6為本實(shí)用新型中電機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖；
如圖所示礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)由電機(jī)1、電機(jī)控制器3、用于安裝電機(jī)控制器的隔爆外殼三部分組成；磁阻電動(dòng)機(jī)1為定轉(zhuǎn)子5雙凸極12/8齒結(jié)構(gòu)，定子4齒上有集中繞組，每四個(gè)齒的繞組相連接，構(gòu)成A、B、C三組繞組，當(dāng)某相繞組通電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)使鄰近轉(zhuǎn)子齒與該相繞組軸線相重合的電磁轉(zhuǎn)矩，順序?qū)Ω飨嗬@組通電(如A-B-C-A)，則可使轉(zhuǎn)子5連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。改變通電次序，可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?？刂圃撾娏鞯拇笮『屯〝鄷r(shí)刻，可以改變轉(zhuǎn)矩，改變轉(zhuǎn)速，還可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)運(yùn)行。
為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)位置和轉(zhuǎn)速，在電動(dòng)機(jī)后部裝有傳感器2。該傳感器2采用高性能紅外光電元件。其抗干擾能力強(qiáng)，耐熱性能好，壽命長(zhǎng)，并且有防塵密封罩保護(hù)。
在電機(jī)控制器3的功率電路中，三相交流電源經(jīng)二極管整流橋V轉(zhuǎn)換為直流電源，六個(gè)IGBT功率開關(guān)和續(xù)流二極管組成三相半橋式逆變電路，分別向電動(dòng)機(jī)三相繞組供電，當(dāng)一相功率開關(guān)(如TA、T′A)導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)端子(A、A′)向電動(dòng)機(jī)繞組(A組)通電；當(dāng)功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，該繞組通過續(xù)流二極管(DA、D′A)向電容C續(xù)流和回饋能量，并使電流迅速降至零。這里功率開關(guān)同電動(dòng)機(jī)繞組相串聯(lián)，避免了橋式逆變電路(如變頻器)易發(fā)生上下橋臂元件直通短路的危險(xiǎn)，故工作可靠性高，保護(hù)電路也可簡(jiǎn)化。所有功率元件安裝在散熱板上，散熱板固定在隔爆腔的水冷面上，結(jié)構(gòu)緊湊，散熱效果好。
控制電路的作用是根據(jù)外部操作控制要求和電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況連續(xù)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)，以通過驅(qū)動(dòng)電路改變電動(dòng)機(jī)的通電，使之達(dá)到規(guī)定的運(yùn)行要求，如轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速電動(dòng)與制動(dòng)等，并使之處于最佳工作狀態(tài)。控制電路由一個(gè)單片機(jī)及數(shù)字、模擬電路組成，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。
由控制電路邏輯框圖可見，其調(diào)速系統(tǒng)屬轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，通過脈沖寬度調(diào)制電路調(diào)節(jié)加于電動(dòng)機(jī)繞組上的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)調(diào)速和穩(wěn)速的目的。通過邏輯電路改變通電相序改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，并通過改變換向角度改變電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)和制動(dòng)工作狀態(tài)。電流限幅電路則改善了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性，并實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制器3和電動(dòng)機(jī)1的安全工作。此外，控制電路還實(shí)現(xiàn)了多種保護(hù)和自診斷功能。由于單片機(jī)程序的可修改性，還可以較方便地滿足用戶在電動(dòng)機(jī)性能等方面的各種特殊要求。
操作顯示電路用以接受手動(dòng)或電氣操作信號(hào)，如起動(dòng)/停止、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速信號(hào)等，并將操作情況和電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況及故障情況用背光液晶顯示器顯示出來。
用于安裝電機(jī)控制器的隔爆外殼9滿足機(jī)械和電氣閉鎖要求；隔爆外殼9內(nèi)裝有隔離開關(guān)8、熔斷器、抗冷凝裝置、以及用于抗干擾的進(jìn)出線電抗器7；設(shè)計(jì)了用于冷卻控制器功率元件的水冷腔體6；隔爆外殼主箱門上裝有用于常規(guī)保護(hù)(控制器以外應(yīng)有的保護(hù))和控制器保護(hù)；進(jìn)線電流表三個(gè)顯示窗口及各種操作按鈕。并為遠(yuǎn)方操作按紐設(shè)計(jì)了本安先導(dǎo)回路。
實(shí)施例
1、在矸石山提升絞車上的應(yīng)用2000年10月漳村礦矸石山提升絞車完成了礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)代替原異步機(jī)組作為主拖動(dòng)系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了改善提升絞車性能的目的。礦用磁阻電動(dòng)機(jī)額定功率110KW，額定電壓660VAC，起動(dòng)電流小于30A，調(diào)速范圍50-2000rpm，對(duì)應(yīng)車速0-2.5米/秒，點(diǎn)運(yùn)速度為250rpm(不可調(diào))，采用PLC控制及中文液晶顯示，實(shí)現(xiàn)了料車位置適時(shí)顯示及每日累計(jì)運(yùn)量統(tǒng)計(jì)。
與原有系統(tǒng)相比，磁阻電動(dòng)機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，調(diào)速簡(jiǎn)便，節(jié)約電能；系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，安全可靠，用人少，維護(hù)量小，降低了配件消耗費(fèi)用；采用點(diǎn)動(dòng)速度縮短了更換提升鋼絲繩的時(shí)間。
2、在采煤機(jī)上的應(yīng)用2000年12月常村煤礦英國安德森EL-100采煤機(jī)完成了礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)代替原采煤機(jī)直流牽引系統(tǒng)的改造，用兩臺(tái)37KW礦用隔爆型磁阻電動(dòng)機(jī)代替原有英國CT公司的兩臺(tái)直流電機(jī)作為牽引電機(jī)，并將原1140/460V變壓器去掉，牽引電機(jī)電源由原來的460VAC改為1140VAC，達(dá)到了簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低維護(hù)成本的目的，與原有電氣系統(tǒng)的聯(lián)系由新增PLC實(shí)現(xiàn)。礦用SRD的參數(shù)為額定功率2×37KW；額定電壓1140V；額定電流25A；起動(dòng)電流＜10A；
調(diào)速范圍80-2600rpm，對(duì)應(yīng)車速0.4-12.88米/分；功率平衡兩臺(tái)電機(jī)功率平衡控制在10％以內(nèi)；牽引方式無線電發(fā)射器，終端站操作，手動(dòng)操作；機(jī)械特性80-1300rpm時(shí)恒轉(zhuǎn)矩，1300-2600rpm時(shí)恒功率；牽引力200-400KN(400KN對(duì)應(yīng)6.44m/min，200KN對(duì)應(yīng)12.88.m/min)；3、在主皮帶機(jī)上的應(yīng)用2001年3月常村礦SO主皮帶運(yùn)輸機(jī)完成了礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)代替原異步機(jī)組作為主拖動(dòng)系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)軟起動(dòng)和提速的目的，并增加了皮帶機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行方式(0.7m/s)，縮短了主皮帶換帶時(shí)間。主皮帶機(jī)礦用SRD的主要參數(shù)為額定功率2×132KW；額定電壓660VAC；轉(zhuǎn)速范圍50-2000rpm；功率平衡兩臺(tái)電機(jī)功率平衡控制在10％以內(nèi)。
積極效果1、礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)自動(dòng)化程度高，安全可靠，用人少，維護(hù)量小，降低了配件消耗費(fèi)用，減少了設(shè)備的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)備的使用壽命。
2、磁阻電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，調(diào)速簡(jiǎn)便，節(jié)約電能。
3、礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)替代井下主皮帶機(jī)異步機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了皮帶軟起動(dòng)和提速的目的，增加的皮帶機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行方式，縮短了主皮帶機(jī)換帶時(shí)間，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。
礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在煤礦井下具有交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，尤其工作電源從220-380VAC擴(kuò)展為100-3300VAC，功率范圍從0.75-55KW擴(kuò)展為4-400KW，特別適合于煤礦井下高煤塵、易燃、易爆的惡劣工況下運(yùn)行。它的成功開發(fā)應(yīng)用，將對(duì)煤礦井下機(jī)電設(shè)備牽引和驅(qū)動(dòng)帶來一次巨大變革。
權(quán)利要求1.一種礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，由礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)的電機(jī)控制器以及用于安裝電機(jī)控制器的隔爆外殼等三部分組成，其特征在于電機(jī)的定轉(zhuǎn)子為雙凸極12/8齒結(jié)構(gòu)，定子齒上有集中繞組，每四個(gè)齒的繞組相連接，構(gòu)成一相繞組；電機(jī)控制器由起動(dòng)及給定電路、脈寬調(diào)制電路、通電邏輯電路以及給定積分器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器等組成；電機(jī)控制器位于隔爆外殼內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，由礦用隔爆型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)的電機(jī)控制器以及用于安裝電機(jī)控制器的隔爆外殼三部分組成。本實(shí)用新型的電機(jī)為隔爆型，定轉(zhuǎn)子為雙凸極12/8齒結(jié)構(gòu)，定子齒上有集中繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，無碳刷也不加永磁體，維護(hù)量?。幌到y(tǒng)起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)不受限制，可作不間斷的連續(xù)起動(dòng)制動(dòng)工作，系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)和效率都很高，且調(diào)控性能好，能夠四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K11/00GK2531568SQ01273689
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者師文林, 高超, 李志斌, 白宏峰 申請(qǐng)人:潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司