具有超强的起动和制动性能的开关磁阻电机驱动系统

具有超强的起动和制动性能的开关磁阻电机驱动系统

纺织行业中主要生产设备是织布机。织机主传动的作用是将电动机的功率通过传动机构传递给主轴及其相关运动部件以实现织机的各种动作。主传动应具备：起动迅速，在第一次打纬时，织机车速就应达到或接近正常运转的速度；制动平稳、快捷，停车位置准确，符合工艺和操作要求。

织机主传动系统分为直接式和间接式两大类。间接式传动方式是电动机通过摩擦离合器传动织机主轴，离合器与制动器配对使用。通常，电动机总是在回转，通过操纵离合器与制动器的接合和脱离来控制织机的启动或制动。间接传动方式，在织机启动时，一直在转动的电动机和离合器的转子以及皮带轮储蓄着较大的动能，可以加快织机的启动过程，因此对电动机的起动力矩没有特殊的要求，织机通常采用此类传动方式。但是离合器和刹车片的磨损以及皮带打滑都会使织机起、停性能逐渐变差，而且要定期更换维修，成本较高。并且间接传动采用的电机在织机停机时，依然保持空转，增加了能耗。

直接式传动方式，其驱动电动机是和织机直接联动的，电动机与主轴之间的传动链上不存在离合器，机构简化，当织机停机时，电动机停止转动，避免了电动机的空转。直接式传动方式要求电动机具有超强的起动力矩，以实现织机迅速启动、确保第一次打纬具有充足的打纬力，避免织物出现开车痕。由于织机直接主传动方式对驱动电机的起动和制动性能要求很高，一般难以满足，织机通常采用间接式传动方式。目前，国际上先进的织机采用直接主传动方式。

天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，针对织机直接主传动的电机驱动问题，开发研制了具有超强起动和制动性能的开关磁阻电机驱动系统(SRD)。该系统包括：开关磁阻电机、功率变换器、控制器和位置检测部分。电机采用三相12/8极结构的开关磁阻电机，控制器采用DSP（信号处理器）为核心的全数字控制系统。通过优化设计和优化控制，实现了对电机的超强起动和制动，并具有运行可靠、控制灵活、调速范围宽的特点。而且，由于其具有良好的调速性能，因而，在织机慢速寻纬时，可代替慢速寻纬专用小电机，而由此电机带动织机进行慢速寻纬运动，省去了慢速寻纬专用电机。

图1为开发研制的具有超强的起动和制动性能以及宽速范围调速的开关磁阻电机驱动系统，电机为5.5KW开关磁阻电机。该系统可在0.1秒内带载起动，能够满足织机主轴直接驱动的要求。图2为带载(负载为18.5Nm)起动和制动运行时的电机转速实测波形。

为了实现实时在线监测开关磁阻电机驱动系统的运行状况，又开发研制了实时在线检测系统，能实现对开关磁阻电机驱动系统的转速、电流、电压、转矩、功率、位置等变量的实时在线检测，各变量的运行状态可同步在上位机上实时动态显示。

开发研制的开关磁阻电机驱动系统不仅可应用于织机直接主传动，也可应用于其它需要电机快速起动、制动和调速运行的电机驱动领域。