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[摘要]：目前国内煤矿用采煤机，掘进机，运输机，刨煤机等矿用设备调速系统多采用独立的隔爆变频器加隔爆变频电动机共同构成，本文研制了一种采用直接转矩控制技术的隔爆变频一体化电动机，大大提高了设备的动态响应及低频大转矩能力，更适用于煤矿特殊工况的要求。
[关键词]：隔爆变频一体化电动机 直接转矩控制 交流调速
1.概述
目前国内煤矿用采煤机，掘进机，运输机，刨煤机等大型设备的牵引系统多采用独立的隔爆变频器加隔爆变频电动机共同构成调速系统。虽然整个产品的牵引性能可以满足驱动要求，但是这给设计小体积大功率牵引设备时带来了难度。由于调速系统是两个独立的设备构成，其重量和体积无法缩小，整个效率不高，所以这也推进了隔爆变频器与电动机一体化装置（也可叫作隔爆变频一体化电动机）的发展。德国BREUER MOTOREN公司生产的隔爆变频一体式电动机（VSD）， 1985年开始应用于带式输送机、刮板输送机和刨煤机等设备，可国内生产的隔爆变频一体化电动机还没有形成产品系列，应用比较少见。由于现有的隔爆变频器与电动机一体化装置大都采用矢量控制技术，在要求高动态响应，低频大转矩的控制场合，如大倾角采煤机的启动和下放时速度容易产生抖动，应用不太理想，所以本文提出了一种采用直接转矩控制技术的隔爆变频一体化电动机，大大提高了设备的动态响应及低频大转矩能力，满足了特殊工况的要求。
2.隔爆变频一体化装置的组成
隔爆变频器与电动机一体化装置是隔爆电动机的一种，它主要由隔爆变频器和隔爆变频电动机两部分组成，图1为本文研制的1140V 250KW隔爆变频一体化电动机的结构图。
该装置具有以下特点：变频器安装在隔爆电动机的箱体内，减小了整个调速系统的体积，并且与电机共用水冷散热器，简化了外围配套系统设计及成本，给设计低成本，小型化煤矿设备提供了解决方案。
3.隔爆变频器研制
隔爆变频器参考沈阳辽通公司生产的LTK-9/2-320变频器进行设计，主电路由输入电抗器，充电接触器，AC-DC-AC主电路模块，驱动模块，主控模块，通讯模块等等组成，原理框图如图2。隔爆变频器AC-DC-AC电路采用了英飞凌公司的FF400R33KF2C IGBT模块设计，该模块具有较低的功率损耗和控制特性，可以提升变频器的效率。在主电路结构设计上采用了叠层母排技术，降低了电路的分布参数，提高了变频器的可靠性。驱动模块采用了隔离驱动电路，隔离采集电路设计通过专用的通讯接口将IGBT开关状态，直流母线电压，输出电流，模块温度等信号传送给主控制模块与此同时接收主控模块的控制指令。因为整个控制系统与主电路高压完全隔离，所以大大提高了变频器的稳定性。通讯模块可根据用户的要求选择配置，可以支持Modbus，Profibus，Can等多种总线接口。
主控模块是整个变频器的核心，该模块采用了直接转矩控制技术。直接转矩控制技术，简称为DTC，是ABB公司开发的最新一代交流传动技术，用以取代传统的交流调速技术中开环或闭环控制的PWM型变频器。直接转矩控制技术是基于电机的电磁状态，直接控制电机的转矩与速度的方法，这与直流电机的控制方始相类似。它不同于传统的PWM型变频器，仅通过控制输入频率和输出电压的方式进行调速。因而说明直接转矩控制技术是第一代能够真正直接控制电机的转矩和磁通参量的调速方式。由于使用了先进的电机理论来计算电机转矩，使DTC不需要反馈元件就可以实现磁场换向。另外DTC还使用了高速数字信号处理器硬件和高级的电机数学模型软件。DTC传动的转矩响应速度比任何直流传动和交流传动都快10倍。动态速度精度将比任何开环控制的交流传动提高8倍，这些指标与带反馈的直流传动控制技术相当。可见基于直接转矩技术的变频器可以应用在煤矿的特殊工况中，如大倾角采煤机，提升机等等设备中。
本文研制的隔爆变频器具有以下技术特点：
4.隔爆变频电动机研制
隔爆变频电动机，是一种变频电动机其特点是电机与变频器配合使用，可以实现较宽范围内平滑无级调速，其中频率范围5～5O Hz为恒转矩变频，频率范围50～100 Hz为恒功率变频。交流变频技术已经发展多年，其设计方法和生产工艺已经相当成熟。本文研制隔爆变频电动机除了借鉴了以往的设计经验外，还在减小电机体积，增加电机可靠性等方面做了优化设计。
本文研制的隔爆变频电动机采用了直接转矩控制技术，为开发小型大功率煤矿变频控制的设备提供了设计参考。为了提高电机的耐冲击性采用了高强度的机座、成型定子线圈、耐冲击转轴材料、进口轴承、高强度转子等。电机绝缘结构能承受逆变器供电条件下的高频脉冲，电机定子采用了VPI真空压力浸漆，考虑到电机在井下高湿度的环境中运行，为了保证电机长期可靠运行，电机绝缘系统设计中增强了定子的耐水能力，经过严苛的浸水试验考核。该隔爆变频电动机的技术参数如下：
5.结束语
本文研制的基于直接转矩控制的隔爆变频一体化电动机，具有体积小，效率高，动态响应快，低频大转矩等特点，其可以广泛应用于煤矿采煤机，掘进机，刮板机，运输机，提升机等等设备的设计中，可以降低设备厂家的设计成本，提升产品的稳定性和可靠性。
[关键词]：隔爆变频一体化电动机 直接转矩控制 交流调速
1.概述
目前国内煤矿用采煤机，掘进机，运输机，刨煤机等大型设备的牵引系统多采用独立的隔爆变频器加隔爆变频电动机共同构成调速系统。虽然整个产品的牵引性能可以满足驱动要求，但是这给设计小体积大功率牵引设备时带来了难度。由于调速系统是两个独立的设备构成，其重量和体积无法缩小，整个效率不高，所以这也推进了隔爆变频器与电动机一体化装置（也可叫作隔爆变频一体化电动机）的发展。德国BREUER MOTOREN公司生产的隔爆变频一体式电动机（VSD）， 1985年开始应用于带式输送机、刮板输送机和刨煤机等设备，可国内生产的隔爆变频一体化电动机还没有形成产品系列，应用比较少见。由于现有的隔爆变频器与电动机一体化装置大都采用矢量控制技术，在要求高动态响应，低频大转矩的控制场合，如大倾角采煤机的启动和下放时速度容易产生抖动，应用不太理想，所以本文提出了一种采用直接转矩控制技术的隔爆变频一体化电动机，大大提高了设备的动态响应及低频大转矩能力，满足了特殊工况的要求。
2.隔爆变频一体化装置的组成
隔爆变频器与电动机一体化装置是隔爆电动机的一种，它主要由隔爆变频器和隔爆变频电动机两部分组成，图1为本文研制的1140V 250KW隔爆变频一体化电动机的结构图。
该装置具有以下特点：变频器安装在隔爆电动机的箱体内，减小了整个调速系统的体积，并且与电机共用水冷散热器，简化了外围配套系统设计及成本，给设计低成本，小型化煤矿设备提供了解决方案。
3.隔爆变频器研制
隔爆变频器参考沈阳辽通公司生产的LTK-9/2-320变频器进行设计，主电路由输入电抗器，充电接触器，AC-DC-AC主电路模块，驱动模块，主控模块，通讯模块等等组成，原理框图如图2。隔爆变频器AC-DC-AC电路采用了英飞凌公司的FF400R33KF2C IGBT模块设计，该模块具有较低的功率损耗和控制特性，可以提升变频器的效率。在主电路结构设计上采用了叠层母排技术，降低了电路的分布参数，提高了变频器的可靠性。驱动模块采用了隔离驱动电路，隔离采集电路设计通过专用的通讯接口将IGBT开关状态，直流母线电压，输出电流，模块温度等信号传送给主控制模块与此同时接收主控模块的控制指令。因为整个控制系统与主电路高压完全隔离，所以大大提高了变频器的稳定性。通讯模块可根据用户的要求选择配置，可以支持Modbus，Profibus，Can等多种总线接口。
主控模块是整个变频器的核心，该模块采用了直接转矩控制技术。直接转矩控制技术，简称为DTC，是ABB公司开发的最新一代交流传动技术，用以取代传统的交流调速技术中开环或闭环控制的PWM型变频器。直接转矩控制技术是基于电机的电磁状态，直接控制电机的转矩与速度的方法，这与直流电机的控制方始相类似。它不同于传统的PWM型变频器，仅通过控制输入频率和输出电压的方式进行调速。因而说明直接转矩控制技术是第一代能够真正直接控制电机的转矩和磁通参量的调速方式。由于使用了先进的电机理论来计算电机转矩，使DTC不需要反馈元件就可以实现磁场换向。另外DTC还使用了高速数字信号处理器硬件和高级的电机数学模型软件。DTC传动的转矩响应速度比任何直流传动和交流传动都快10倍。动态速度精度将比任何开环控制的交流传动提高8倍，这些指标与带反馈的直流传动控制技术相当。可见基于直接转矩技术的变频器可以应用在煤矿的特殊工况中，如大倾角采煤机，提升机等等设备中。
本文研制的隔爆变频器具有以下技术特点：
4.隔爆变频电动机研制
隔爆变频电动机，是一种变频电动机其特点是电机与变频器配合使用，可以实现较宽范围内平滑无级调速，其中频率范围5～5O Hz为恒转矩变频，频率范围50～100 Hz为恒功率变频。交流变频技术已经发展多年，其设计方法和生产工艺已经相当成熟。本文研制隔爆变频电动机除了借鉴了以往的设计经验外，还在减小电机体积，增加电机可靠性等方面做了优化设计。
本文研制的隔爆变频电动机采用了直接转矩控制技术，为开发小型大功率煤矿变频控制的设备提供了设计参考。为了提高电机的耐冲击性采用了高强度的机座、成型定子线圈、耐冲击转轴材料、进口轴承、高强度转子等。电机绝缘结构能承受逆变器供电条件下的高频脉冲，电机定子采用了VPI真空压力浸漆，考虑到电机在井下高湿度的环境中运行，为了保证电机长期可靠运行，电机绝缘系统设计中增强了定子的耐水能力，经过严苛的浸水试验考核。该隔爆变频电动机的技术参数如下：
5.结束语
本文研制的基于直接转矩控制的隔爆变频一体化电动机，具有体积小，效率高，动态响应快，低频大转矩等特点，其可以广泛应用于煤矿采煤机，掘进机，刮板机，运输机，提升机等等设备的设计中，可以降低设备厂家的设计成本，提升产品的稳定性和可靠性。