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[摘 要]开关磁阻电动机调速系统是一种新颖的、高性价比的典型机电一体化特征的无级调速系统，具有系统效率高、调速范围宽、高起动转矩，低启动电流、可频繁起停及正反转切换、过载能力强、可靠性高、功率因数高等优点。特别适合作为龙门保持的传动系统，完全克服了龙门刨床原有的传动控制缺点，并可节约大量的能源。
[关键词]开关磁阻；调速系统；龙门刨床；节能
中图分类号：TG655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0242-01
一、引言
现有龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。目前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有两种：一种是50年代的电机扩大机—发电机—电动机组（A—G—M）系统，第二种是70年代改型的晶闸管—电动机组（V—M）系统。
使用这种控制系统，龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的缺点，还大为提高了控制精度和加工质量，并可节约大量能源。
二、开关磁阻电动机调速系统简介
2.1 概述
开关磁阻电动机调速系统由控制器和开关磁阻电动机组成，该系统具有系统效率高、调速范围宽、高起动转矩，低啟动电流、可频繁起停及正反转切换、过载能力强、可靠性高、功率因数高等优点。在空压机、风机、锻压机械、龙门刨、石油机械等已大量应用，节能20%～60%，同时提高了生产效率。
2.2 系统构成及工作原理
开关磁阻电动机调速系统由电机及控制器两大部分组成，开关磁阻电机与传统电机差别很大，为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有集中绕组。控制器包括嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、IGBT驱动电路、电力电子器件、软件及通信接口，完成电动机的驱动与控制。
电机装有位置传感器，位置信号反馈给控制器，控制器按程序数字化控制电机运转。当绝缘栅双极晶体管（IGBT）S1、S2导通时，A相绕组从直流电源U吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管D1、D2继续流通，并回馈给电源U。SRD的特点是具有再生作用，系统节电、效率高。
三、龙门刨床改造方案及实施
3.1 原龙门刨床状况
龙门刨床型号为B2010A，工作台面积为3000mm×900mm，工作台拖动方式为交流电动机—发电机—直流电动机组（A—G—M）系统，主电机60kW。主要存在的问题如下：
1、刨削效率低，特别是刨削大平面工件工期长，刨削工件比较粗糙，有时难以满足工艺要求。
2、交流电动机带动直流发电机，再由直流发电机供应直流电动机，此系统体积庞大，功率为60 kW，耗电量大；机床起动电流大，起动时车间电压降大，对其它机床运行产生一定影响。
3、机床主拖动系统噪声大，严重影响附近作业人员。
3.2 改造方案
针对原龙门刨床上述缺陷，经分析研讨，要满足铣削，必须把工作台速度降下来。原龙门刨工作台速度：高速档9-90m/min，低速档4.5-45 m/min。为了把纵向铣削速度降至0.3 m/min及以下，采取电气、机械双重变速。根据需要，拆除了原交流电动机、直流发电机、直流电动机及电气控制柜，选用15kW开关磁阻电动机，电机转速实现无级调节，调节范围为50-2000r/min。更换电气控制柜及柜内电气元器件，实现自动控制。更换按钮站，修改、调整电气线路相关连线。考虑到整个系统的可靠性，我们采用了无机械触点的接近开关。拆除了原机械传动变速箱，更换为轻型刨铣床变速箱。这样一来，机械变速加上电气变速，就可以根据加工的产品特点，任意改变机床纵向行程速度。在具体施工中，新变速箱输出轴与机床主传动轴距离较远，重新制作了一个中间连接轴，保证其运转平稳。
3.3 电气动作试验
合上空气开关，观察电气控制柜上部的开关磁阻调速系统的显示屏显示是否正常（正常时数码管显示应为四位数），只有显示正常后，机床才能运行。
工作台运行试验。将控制工作台运行速度的正、反向调速旋钮调到低速档，启动工作台，工作台即开始运行，观察工作台的换向制子碰到换向开关时能否自动换向，当工作台能做自动往复运行之后，再将调速旋钮逐渐调为高速运行，观察工作台的运行是否平稳，由于本机床的传动采用了开关磁阻调速系统，其起动、制动转矩及动态响应速度是分别可调的，因此可根据负载反馈转速的不同，调整制动及动态响应参数，使机床处于最佳的运行状态。
3.4 操作顺序说明
1、接通配电主控开关，打开电源启动控制按钮。
2、工作台的运行操作。将模拟量速度给定旋钮调节至所需的位置。
3、工作台的控制。工作台的控制分为步进、步退和前进（后退）；步进（步退）是用来调整工件的切削起始点；前进（后退）是在切削工件时对工作台的自动控制，以达到更高的生产效率。且工作台的前进速度与后退速度可以单独的做无极调速，无须停车调整。
3.5 工作台调整与自动运行
1、工作台调整，当按下启动按钮SB3（SB4）时，KA1、KA3、KA5吸合，控制开关磁阻主拖动电机M1带动工作台向前移动，松开SB3（SB4）， KA1、KA3、KA5即失电断开，工作台停止移动。
2、工作台的自动运行。当按下工作台自动前行按钮SB5（后退SB6）时，KA2吸合自锁使KA3吸合，M1主电机带动工作台向前运行，工作台的行程制子接近于SQ8时，KA3失电，KA5得电控制工作台向后运行。
四、改造后优越性
1、节能明显，经济效益显著。原刨床主电机60kW，改造后主电机15kW，每小时节约电能约40kWh，每天按实动工时10小时计，全年可节约120000 kWh，运行1年半即收回成本。
2、起动电流下降，约为额定电流值的30%，保证了车间线路电压稳定。
3、噪音大幅降低，噪音下降至少10分贝，从而改善了工作环境。
4、与原机床相比，减少占地面积约2/3。
5、开关磁阻电机无电刷及整流子，去除了直流发电机换向器火花现象，维护工作量少。
6、开关磁阻电动机调速系统、电气控制系统具有多种自保护功能，可靠性大大提高。
五、结论
开关磁阻电动机调速系统是一种新型高效节能电机调速系统，现已经在多行业使用，从我厂在龙门刨床上使用情况来看，节能达50%以上，同时起动电流明显下降，噪音大幅降低，实用价值大。与此同时，我厂已将开关磁阻电动机调速系统推广应用到高压空压机上，现已通过型式试验，处于用户试用阶段。
参考文献
[1] 北京中纺锐力机电有限公司，《开关磁阻调速电动机（SRD）介绍》
[2] 高超，开关磁阻调速电动机的技术特点与产品发展
[3] 高超，开关磁阻电动机调速系统在龙门刨床上的应用[J]《电气传动》，1994，（2）.
[4] 宋锡富，张振海，刘传玉.开关磁阻电机调速系统节能技术应用[J].钻采工艺，2009，32（3）.
[关键词]开关磁阻；调速系统；龙门刨床；节能
中图分类号：TG655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0242-01
一、引言
现有龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。目前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有两种：一种是50年代的电机扩大机—发电机—电动机组（A—G—M）系统，第二种是70年代改型的晶闸管—电动机组（V—M）系统。
使用这种控制系统，龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的缺点，还大为提高了控制精度和加工质量，并可节约大量能源。
二、开关磁阻电动机调速系统简介
2.1 概述
开关磁阻电动机调速系统由控制器和开关磁阻电动机组成，该系统具有系统效率高、调速范围宽、高起动转矩，低啟动电流、可频繁起停及正反转切换、过载能力强、可靠性高、功率因数高等优点。在空压机、风机、锻压机械、龙门刨、石油机械等已大量应用，节能20%～60%，同时提高了生产效率。
2.2 系统构成及工作原理
开关磁阻电动机调速系统由电机及控制器两大部分组成，开关磁阻电机与传统电机差别很大，为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有集中绕组。控制器包括嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、IGBT驱动电路、电力电子器件、软件及通信接口，完成电动机的驱动与控制。
电机装有位置传感器，位置信号反馈给控制器，控制器按程序数字化控制电机运转。当绝缘栅双极晶体管（IGBT）S1、S2导通时，A相绕组从直流电源U吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管D1、D2继续流通，并回馈给电源U。SRD的特点是具有再生作用，系统节电、效率高。
三、龙门刨床改造方案及实施
3.1 原龙门刨床状况
龙门刨床型号为B2010A，工作台面积为3000mm×900mm，工作台拖动方式为交流电动机—发电机—直流电动机组（A—G—M）系统，主电机60kW。主要存在的问题如下：
1、刨削效率低，特别是刨削大平面工件工期长，刨削工件比较粗糙，有时难以满足工艺要求。
2、交流电动机带动直流发电机，再由直流发电机供应直流电动机，此系统体积庞大，功率为60 kW，耗电量大；机床起动电流大，起动时车间电压降大，对其它机床运行产生一定影响。
3、机床主拖动系统噪声大，严重影响附近作业人员。
3.2 改造方案
针对原龙门刨床上述缺陷，经分析研讨，要满足铣削，必须把工作台速度降下来。原龙门刨工作台速度：高速档9-90m/min，低速档4.5-45 m/min。为了把纵向铣削速度降至0.3 m/min及以下，采取电气、机械双重变速。根据需要，拆除了原交流电动机、直流发电机、直流电动机及电气控制柜，选用15kW开关磁阻电动机，电机转速实现无级调节，调节范围为50-2000r/min。更换电气控制柜及柜内电气元器件，实现自动控制。更换按钮站，修改、调整电气线路相关连线。考虑到整个系统的可靠性，我们采用了无机械触点的接近开关。拆除了原机械传动变速箱，更换为轻型刨铣床变速箱。这样一来，机械变速加上电气变速，就可以根据加工的产品特点，任意改变机床纵向行程速度。在具体施工中，新变速箱输出轴与机床主传动轴距离较远，重新制作了一个中间连接轴，保证其运转平稳。
3.3 电气动作试验
合上空气开关，观察电气控制柜上部的开关磁阻调速系统的显示屏显示是否正常（正常时数码管显示应为四位数），只有显示正常后，机床才能运行。
工作台运行试验。将控制工作台运行速度的正、反向调速旋钮调到低速档，启动工作台，工作台即开始运行，观察工作台的换向制子碰到换向开关时能否自动换向，当工作台能做自动往复运行之后，再将调速旋钮逐渐调为高速运行，观察工作台的运行是否平稳，由于本机床的传动采用了开关磁阻调速系统，其起动、制动转矩及动态响应速度是分别可调的，因此可根据负载反馈转速的不同，调整制动及动态响应参数，使机床处于最佳的运行状态。
3.4 操作顺序说明
1、接通配电主控开关，打开电源启动控制按钮。
2、工作台的运行操作。将模拟量速度给定旋钮调节至所需的位置。
3、工作台的控制。工作台的控制分为步进、步退和前进（后退）；步进（步退）是用来调整工件的切削起始点；前进（后退）是在切削工件时对工作台的自动控制，以达到更高的生产效率。且工作台的前进速度与后退速度可以单独的做无极调速，无须停车调整。
3.5 工作台调整与自动运行
1、工作台调整，当按下启动按钮SB3（SB4）时，KA1、KA3、KA5吸合，控制开关磁阻主拖动电机M1带动工作台向前移动，松开SB3（SB4）， KA1、KA3、KA5即失电断开，工作台停止移动。
2、工作台的自动运行。当按下工作台自动前行按钮SB5（后退SB6）时，KA2吸合自锁使KA3吸合，M1主电机带动工作台向前运行，工作台的行程制子接近于SQ8时，KA3失电，KA5得电控制工作台向后运行。
四、改造后优越性
1、节能明显，经济效益显著。原刨床主电机60kW，改造后主电机15kW，每小时节约电能约40kWh，每天按实动工时10小时计，全年可节约120000 kWh，运行1年半即收回成本。
2、起动电流下降，约为额定电流值的30%，保证了车间线路电压稳定。
3、噪音大幅降低，噪音下降至少10分贝，从而改善了工作环境。
4、与原机床相比，减少占地面积约2/3。
5、开关磁阻电机无电刷及整流子，去除了直流发电机换向器火花现象，维护工作量少。
6、开关磁阻电动机调速系统、电气控制系统具有多种自保护功能，可靠性大大提高。
五、结论
开关磁阻电动机调速系统是一种新型高效节能电机调速系统，现已经在多行业使用，从我厂在龙门刨床上使用情况来看，节能达50%以上，同时起动电流明显下降，噪音大幅降低，实用价值大。与此同时，我厂已将开关磁阻电动机调速系统推广应用到高压空压机上，现已通过型式试验，处于用户试用阶段。
参考文献
[1] 北京中纺锐力机电有限公司，《开关磁阻调速电动机（SRD）介绍》
[2] 高超，开关磁阻调速电动机的技术特点与产品发展
[3] 高超，开关磁阻电动机调速系统在龙门刨床上的应用[J]《电气传动》，1994，（2）.
[4] 宋锡富，张振海，刘传玉.开关磁阻电机调速系统节能技术应用[J].钻采工艺，2009，32（3）.