开关磁阻直线捣固机及其控制系统设计

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捣固炼焦技术既能合理利用煤炭资源,又能明显降低炼焦配煤的成本,而焦炉捣固机是直接影响焦化厂产能的关键设备。现有捣固机主要采用旋转电机提供动力,需要通过中间转换装置去实现捣固锤的直线往复运动,存在速度调整困难、结构复杂、多级齿轮及摩擦片磨损严重、设备维护成本高等问题。考虑到焦化捣固机高温、强振的工况环境以及频繁起停、往复运行的特点,本文尝试研究将开关磁阻直线电机(Linear Switched Reluctance Machine,LSRM)作为焦化捣固机驱动电机,拟完成LSRM捣固机的本体和控制系统的设计。首先对比了旋转电机驱动型和直线电机驱动型两类捣固机的工作特点,分析比较了捣固炼焦用的几种直线电机,介绍了 LSRM的基本理论。在开关磁阻电机设计理论的基础上,根据设计目标计算出捣固炼焦用LSRM的初始尺寸。利用有限元软件对LSRM初级齿宽、初级槽深、初级槽宽、次级齿宽和气隙等参数作了敏感度分析,在结合电机工况和制造工艺的约束条件下,得到了优化后的电机尺寸参数。其次,在有限元软件中搭建了 LSRM瞬态模型,并基于MATLAB/Simulink平台搭建了 LSRM联合仿真控制模型,计算了 LSRM在恒速状态下的电磁推力,对其速度、电磁推力和电流响应波形进行了分析,结果表明所设计的LSRM满足预期设计目标,可应用于捣固机驱动领域。最后,试制了样机并搭建了样机试验平台。完成了功率变换器、驱动电路、预充电电路、位置信号检测和电流/电压检测电路的设计和器件选型。实测了样机的电磁推力和磁链特性,分析了基于电涡流位置传感器的电机三相开关控制逻辑,给出了样机在单相轮流导通模式下运行的电流波形,试验结果验证了电机设计和仿真模型的正确性。
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