题目：煤矿带式输送机开关磁阻电动机半直驱系统DITC控制策略
作者：刘鹏1，张磊2，鲍久圣2，陈华新1，魏春基2，马传明2，王雷2，王小龙2
作者单位：1.平顶山天安煤业股份有限公司；2.中国矿业大学机电工程学院
链接网址：
http://www.gkzdh.cn/article/doi/10.13272/j.issn.1671-251x.2024060040
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研究背景
目前我国矿用带式输送机驱动系统主要采用异步电动机驱动与永磁电动机直驱两类。前者采用三相异步电动机+软启动装置+减速装置的组成结构，存在传动效率低、耗电量与维护成本高等问题；后者成本高且在井下环境中存在退磁风险，影响煤矿安全生产。开关磁阻电动机（SRM）具有结构可靠性高、故障率低、制造成本低、容错性能高等优势，十分适合在煤矿井下恶劣环境中应用。但SRM在低速运行工况下会出现输出转矩周期性波动的转矩脉动现象，影响大功率驱动系统的整机稳定性。改善SRM转矩脉动，提高其运行稳定性与可靠性，是矿山运输装备实现大功率SRM驱动技术应用亟需解决的关键问题。对此，本文提出一种开关磁阻电动机半直驱（SRSD）系统，基于BP神经网络建立SRM非线性模型，设计SRSD系统的改进型DITC策略，以减小SRM转矩脉动。
摘要
平顶山天安煤业九矿有限责任公司井下带式输送机采用异步电动机+液力偶合器+减速装置的驱动系统，存在传动效率低、传动链长、调速性能差等问题。对该驱动系统进行改造，设计了一种带式输送机2×400 kW开关磁阻电动机半直驱（SRSD）系统。采用BP神经网络预测开关磁阻电动机（SRM）磁链和转矩，基于预测值建立了高精确SRM非线性模型。结合SRM在换相区的转矩变化规律与PWM控制思想，提出了一种改进型直接瞬时转矩控制（DITC）策略，以转矩误差作为输入量，在转矩误差阈值内对相电流进行PWM控制。针对带式输送机空载和变负载运行工况进行仿真，结果表明改进型DITC策略较传统DITC策略可显著降低SRM转矩脉动，最大降幅达39.1%，提高了带式输送机SRSD系统运行稳定性。基于SRM关键结构参数与改进型DITC策略试制了带式输送机SRSD系统，并在煤矿井下进行了工业性试验，结果表明SRSD系统可实现带式输送机满载平稳启动，动态特性良好，且耗电量较原驱动系统减少了24%。
主要图表
图1 SRSD系统结构
图2 带式输送机SRSD系统安装
表1 SRM设计参数
图3 BP神经网络预测值与实际值对比
图4 SRM非线性模型
图5 SRM DITC策略原理
图6 带式输送机空载运行工况下改进型DITC策略仿真结果
图7 带式输送机变负载运行工况下改进型DITC策略仿真结果
图8 SRSD系统实物
图9 带式输送机满载启动工况下SRSD系统转速曲线
作者介绍
鲍久圣，博士，教授，博士生导师，全国煤矿智能化卓越专家，国家首批煤矿智能化专家库成员，全国煤炭工业技术委员会矿山机电与辅助运输专委会委员，中国自动化学会智慧矿山专委会委员，山西省煤炭学会“千人智库”高级专家，江苏省“333人才工程”、“六大人才高峰”等4项省级人才计划入选者，兼任《煤炭学报》《绿色矿山》期刊编委、《工程机械手册》丛书编委以及《煤炭科学技术》《深地科学（英文）》青年编委等学术职务。主要从事矿山智能无人运输与煤矿机器人技术研究，主持科研项目40余项，出版《采矿运输技术与装备》等著作4部，发表学术论文150余篇，申请和授权发明专利140余件。研究成果广泛应用于矿山装备及工程机械领域，荣获中国煤炭工业科学技术一等奖、绿色矿山科技进步一等奖、教育部科技进步二等奖等省部级科技奖励10余项。
第一作者：刘鹏（1989—），男，河南平顶山人，工程师，主要从事煤矿机电运输系统大型设备管理及煤矿智能化技术应用工作，E-mail：444769779@qq.com。
引用格式
刘鹏，张磊，鲍久圣，等. 煤矿带式输送机开关磁阻电动机半直驱系统 DITC 控制策略[J]. 工矿自动化，2024，50（12）：93-102, 127.
LIU Peng, ZHANG Lei, BAO Jiusheng, et al. DITC control strategy for semi-direct drive system with switched reluctance motor in coal mine belt conveyor[J]. Journal of Mine Automation，2024，50（12）：93-102, 127.
