矿用高性能无传感器开关磁阻调速系统关键技术与应用

成果基本信息
关键词：	开关磁阻电机;无传感器;四象限;全数字;非线性电流控制
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：		资源采集日期：	2017-02-20

研究情况
单位名称：	中国矿业大学	技术水平：
评价证书号：	中煤科鉴字[2014]第W20号	评价单位：	中国煤炭工业协会
评价日期：	2014.11.22	评价证书号：	中煤科鉴字[2014]第W20号

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
项目属于矿山科学技术学科矿山电气工程领域，主要技术属于电力拖动及其自动化技术范畴。　　矿山用调速系统的需求贯穿于矿山的采掘、运输、提升的各个生产环节，采煤机、工矿电机车、矿井提升机、皮带运输机等传动设备构成了矿山机电装备的核心，是矿井安全高效生产的关键。　　开关磁阻电动机结构坚固耐用，制造成本低；转子上无绕组，无永磁体，无刷，无换向器，适合在煤矿井下高粉尘、易燃、易爆的恶劣环境下运行。此外电机具有结构简单、可靠性好、转矩大、功率密度较高和适用于高速场合等特点，在电动汽车、风力发电和航天等领域中也有着广阔的应用前景。但现有开关磁阻电机普遍采用采用轴位置传感器来获得位置信息，这不仅提高了系统成本和复杂程度，更重要的是影响系统运行的可靠性，尤其是在潮湿、振动、多尘等环境较恶劣的场合。因此研发无传感器开关磁阻电机技术，使矿山调速系统具有高可靠性和低运行费用等特点，对矿山科学技术乃至当前新能源技术发展的都具有重要意义。　　目前，矿山调速普遍采用的是三相感应电动机变频技术，这种能四象限工作的传动系统，其功率变换装置结构复杂，系统成本较高。而且系统的起动及四象限切换性能不佳、可靠性差，难以满足矿山调速设备要求。本项目针对上述问题历经近10年的科技攻关，系统突破了开关磁阻电机全数字控制技术、非线性电流控制、无传感器控制技术、多机控制技术等相关技术难题。　　1）提出了基于在线辨识电机模型的非线性电流控制算法，减小了电机转矩脉动和噪音。　　2）在开关磁阻电机控制系统功率变换器的网侧首次采用PWM整流技术，实现功率双向流动。　　3）首次实现开关磁阻电机无位置传感器控制功能，根据电压和电流的信号就可以判断电机的位置和速度，因此系统性能更加可靠。　　4）提出了双机牵引系统速度差与转矩差双反馈交叉耦合控制策略，提高了双机运行的鲁棒性。首次在国内开发了无传感器全数字开关磁阻电机绞车控制系统、采煤机牵引用开关磁阻电机调速系统等多种矿山调速设备，为矿山调速设备应用提供了高性能、可靠性解决方案。　　该系统在国内处于领先地位，项目成果已经在平顶山煤业集团（公司）二矿、四矿、六矿、八矿、十矿、山东枣庄矿业集团（公司）高庄矿等十多台矸石山绞车和江苏中机矿山设备有限公司采煤机牵引设备上得到实际应用，显著提高了矿山调速设备的安全可靠性和自动化水平，降低了矿山调速系统的劳动强度和人员消耗，为矿山的安全生产和节能降耗做出了重要贡献，仅2015年以来为矿山节支增效465.6万元。提高了矿山调速设备的整体安全水平，使国内矿山调速传动技术的整体水平实现了跨代式发展。相关成果已申请专利19项，其中发明专利13项；获得专利授权17项、软件著作权3项，发表论文30多篇，培养博士、硕士20名和大批技术人才。　　矿山调速用高性能无位置开关磁阻调速系统关键技术的突破和推广应用，有力推动了行业和区域的科技进步，为矿山科学技术进步和社会经济发展作出了重要贡献。

成果名称：	矿用高性能无传感器开关磁阻调速系统关键技术与应用	关键词：	开关磁阻电机;无传感器;四象限;全数字;非线性电流控制
成果类别：		一级分类名称：	机械制造
二级分类名称：	仪器仪表技术	三级分类名称：	传感器
研究起止时间：	2010.01 至2013.12	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	中国矿业大学	学科分类2：	470.40
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：	TM352	课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：
经费实际投入额（万元）：	0.00	评价单位：	中国煤炭工业协会
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2014.11.22	转让范围：
评价证书号：	中煤科鉴字[2014]第W20号	推荐单位：
推广形式：	无	成果登记号：
成果简介：	项目属于矿山科学技术学科矿山电气工程领域，主要技术属于电力拖动及其自动化技术范畴。　　矿山用调速系统的需求贯穿于矿山的采掘、运输、提升的各个生产环节，采煤机、工矿电机车、矿井提升机、皮带运输机等传动设备构成了矿山机电装备的核心，是矿井安全高效生产的关键。　　开关磁阻电动机结构坚固耐用，制造成本低；转子上无绕组，无永磁体，无刷，无换向器，适合在煤矿井下高粉尘、易燃、易爆的恶劣环境下运行。此外电机具有结构简单、可靠性好、转矩大、功率密度较高和适用于高速场合等特点，在电动汽车、风力发电和航天等领域中也有着广阔的应用前景。但现有开关磁阻电机普遍采用采用轴位置传感器来获得位置信息，这不仅提高了系统成本和复杂程度，更重要的是影响系统运行的可靠性，尤其是在潮湿、振动、多尘等环境较恶劣的场合。因此研发无传感器开关磁阻电机技术，使矿山调速系统具有高可靠性和低运行费用等特点，对矿山科学技术乃至当前新能源技术发展的都具有重要意义。　　目前，矿山调速普遍采用的是三相感应电动机变频技术，这种能四象限工作的传动系统，其功率变换装置结构复杂，系统成本较高。而且系统的起动及四象限切换性能不佳、可靠性差，难以满足矿山调速设备要求。本项目针对上述问题历经近10年的科技攻关，系统突破了开关磁阻电机全数字控制技术、非线性电流控制、无传感器控制技术、多机控制技术等相关技术难题。　　1）提出了基于在线辨识电机模型的非线性电流控制算法，减小了电机转矩脉动和噪音。　　2）在开关磁阻电机控制系统功率变换器的网侧首次采用PWM整流技术，实现功率双向流动。　　3）首次实现开关磁阻电机无位置传感器控制功能，根据电压和电流的信号就可以判断电机的位置和速度，因此系统性能更加可靠。　　4）提出了双机牵引系统速度差与转矩差双反馈交叉耦合控制策略，提高了双机运行的鲁棒性。首次在国内开发了无传感器全数字开关磁阻电机绞车控制系统、采煤机牵引用开关磁阻电机调速系统等多种矿山调速设备，为矿山调速设备应用提供了高性能、可靠性解决方案。　　该系统在国内处于领先地位，项目成果已经在平顶山煤业集团（公司）二矿、四矿、六矿、八矿、十矿、山东枣庄矿业集团（公司）高庄矿等十多台矸石山绞车和江苏中机矿山设备有限公司采煤机牵引设备上得到实际应用，显著提高了矿山调速设备的安全可靠性和自动化水平，降低了矿山调速系统的劳动强度和人员消耗，为矿山的安全生产和节能降耗做出了重要贡献，仅2015年以来为矿山节支增效465.6万元。提高了矿山调速设备的整体安全水平，使国内矿山调速传动技术的整体水平实现了跨代式发展。相关成果已申请专利19项，其中发明专利13项；获得专利授权17项、软件著作权3项，发表论文30多篇，培养博士、硕士20名和大批技术人才。　　矿山调速用高性能无位置开关磁阻调速系统关键技术的突破和推广应用，有力推动了行业和区域的科技进步，为矿山科学技术进步和社会经济发展作出了重要贡献。
联系人：	赖伟	成果登记日期：	2016-06-01
联系人email：		单位代码：	93200220
邮政编码222：	221116	联系人电话：	13815319113
单位传真：	0516-83590016	单位通讯地址：	江苏省徐州市三环南路
单位所在省市：		单位电话：	0516-83590015
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：	徐州中矿大传动与自动化有限公司	已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2016	知识产权形式：
成果完成人：	谭国俊;蒯松岩;何凤有;邓先明;张晓;张旭隆;张辉;叶宗彬;冯喜军;李浩	资源采集日期：	2017-02-20

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