矿用无刷直流电机绕组导通方式研究

刘立民

【摘要】 随之电力电子技术、计算机技术和现代控制理论的不断发展，无刷直流电机的控制技术也不断进步。本文在分析井下安全生产形势和矿用无刷直流电机结构的基础上，开展对矿用无刷直流电机绕组导通方式的研究，将两两通和三三通的合成力矩进行比较分析，结果表明：两两通是矿用无刷直流电机绕组导通方式的理想选择。

【关键词】 煤矿 无刷直流电机 导通 两两通

随着煤矿开采深度和强度的不断增加，井下安全生产问题越来越重要，对矿用产品的安全性和可靠性要求不断提高。矿用无刷直流电机具有起动特性好、输出转矩大和调速范围宽等优点，是煤矿井下重要的设备之一，其性能好坏直接关系到安全生产工作能否顺利开展。

一、矿用无刷直流电机

矿用无刷直流电机和有刷直流电机的重要区别是换向方式的变化，有刷直流电机依靠机械换向装置换向，换向过程可能产生火花，所以不能再煤矿井下应用；矿用无刷直流电机依靠电子换向器，换向过程安全可靠，没有爆炸的安全隐患，所以在煤矿井下具有广阔的应用空间。

矿用无刷直流电机工作过程如下：处理器采集转子位置传感器反馈的电机转子位置信息，根据换相逻发送不同的控制信号给桥式驱动电路，驱动电路不同桥臂的功率开关管导通，进而控制定子绕组不同的通电方式，在定子绕组上产生连续旋转磁场，旋转磁场与永磁体磁场相互作用拖动电机转子旋转。伴随电机转子的旋转，位置传感器发送不同的信号，处理器的控制指令也发生变化，改变电子绕组的通电状态，使得定子绕组电流电磁场和永磁体磁场之间一直具有恒定的转矩，驱动电机持续运转。在电流作用产生的磁场与永磁体磁场相互作用产生恒定的转矩，驱动电机不断旋转。

二、矿用无刷直流电机导通方式

根据矿用无刷直流电机主回路控制方式的不同分为三相半控和三相全控两种类型，三相半控方式驱动电路由三个功率开关管并联组成，电路结构简单，但绕组利用率低，每个周期内绕组只有1/3的时间通电，另外2/3时间则不通电，绕组利用率低；三相全控方式的桥式驱动电路由6个功率开关管两两串组成三个桥臂，然后三桥臂相互并联组成，工作过程中至少有两相绕组同时通电，绕组利用效率高，因此本文选用三相全控方式控制。在三相全控方式电路中，假如同一桥臂绕组同时导通相当于直接将电源短接，所以在矿用无刷直流电机三相全控方式时，绝对不允许同一桥臂的功率开关管同时导通。

矿用无刷直流电机绕组导通方式是指在工作上的瞬间由几相绕组同时通电，两两导通方式和三三导通方式是永磁无刷直流电机全控式控制系统常见的绕组导通方式。在矿用无刷直流电机两两导通方式时，同一瞬间都有不同桥臂的两个功率器件导通，每隔1/6周期换相一次，假设定义流入绕组的电流产生的转矩方向为正，即+Ta，则流出（另一个绕组）电流产生的转矩方向为负，即-Ta，则流入和流出电流产生的电磁转矩和为Ta，如图1所示。

在矿用无刷直流电机三三导通方式时，同一瞬间都有不同桥臂的三个功率器件导通，每隔600的电角度换相一次，功率器件的导通角度为1800电角度。假设流入绕组的电流产生的电磁转矩方向为正，即+Ta，则流出电流产生的电磁转矩方向为负，即-Ta，则流入河流出电流产生的电磁转矩和为1.5Ta，如图2所示。

图1矿用无刷直流电机绕组两两导通方式

图2矿用无刷直流电机绕组三三导通方式合成力矩

三、结束语

通过矿用无刷直流电机绕组导通方式进行对比分析可得：绕组两两通方式的输出转矩大于三三通方式，对于三相矿用无刷直流电机，为了获得更大的输出力矩，主回路绕组通电控制方式采用两两导通方式更适合。随之我国现代化矿井建设的不断推进，矿用无刷直流电机将在煤矿安全生产中起到越来越重要的地位，开展矿用无刷电机绕组导通方式的研究对于提高井下安全生产设备的可靠性，排除安全生产隐患和改善电机控制技术具有重要的意义。

参考文献

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