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大型矿山球磨机用无刷励磁同步电机的设计
发布时间：2013-08-13 07:55 来源：未知
1、引言
为安徽铜都铜业股份有限公司冬瓜山工程项目制造的大型矿山球磨机用无刷励磁同步电机是我公司（哈尔滨电机厂有限责任公司）前身——哈尔滨电机厂自1951年建厂至今首次自主生产的无刷励磁同步电动机。更具有意义的是为将来相关的电机产品升级换代及寻找机会打人国际市场奠定了不可或缺的基础。其中，型号为TMW3300-30/2860的两台电机是我公司自主制造最大功率(3300kW)的球磨机同步电机。在机械部部颁标准(JB/T 1473 2000)中列入的最大规格球磨机同步电机为1250kW，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
2、无刷励磁同步电机的设计
该电机有很多独特之处。与常规球磨机电机的不同主要是两方面因素造成的：首先，电机采用传动端轴头安装空气离合器结构，改善了起动工况。启动电流一一堵转电流小于4倍额定电流，机械部部颁标准(JB／1473-2000)堵转电流小于7倍额定电流；启动转矩…一堵转转矩大干0.4倍额定转矩，JB／1473 -2000中要求堵转转矩大丁1.7倍额定转矩；牵人转矩大干0.5倍额定转矩，JB／t473-2000中要求牵人转矩大干1O额定转矩。
其次，现场环境恶劣，有刷电机难以满足要求。被迫采用无刷励磁技术。
同步电机无刷励磁机包括两种形式：一种，以转枢式凸极同步发电机作为无剁励磁机。另一种，以绕线式感应发电机作为无刷励磁机。前者一般为上频同步电机励磁。后者既可为工频同步电机励磁，也可为变频调速同步电机励磁。
我们选用前一种无刷励磁桃形式。这主要是出于该电机属试制阶段，此种形式无刷励磁机定子可做成钢板加工磁极结构，较之绕线式感应发电机定子做成冲片结构的成本低。这样，若试制不成，也不会造成报废模具的较大浪费。
2.1电磁计算
电磁方案的研究重点主要落在同步电机主极与旋转整流盘，旋转整流盘与无刷励磁机的接口，无刷励磁机电磁计算。图1为同步电机无刷励磁原理图：
无刷励磁机的性质为小型三相转枢式凸极同步发电机，具有半闭口槽、散线线圈、磁极线圈分两个线包结构特点。电磁计算程序主要是在普通凸极同步发电机电磁计算程序的基础上考虑到这些特点开发的。
满足同步电机励磁的励磁电压、励磁电流由旋转整流盘输出端提供。旋转整流盘所需的三相交流电压、电流是励磁机输出的电压，电流。
首先，根据同步电机励磁的电压、电流初算励磁机参数：功率，电压、功率因数、电流、频率。初算励磁机的参数有两套公式，根据最终选定的晶闸管而不同：一种器件为螺检形，适用于100A以下工况，另一种器件为平板形，适用于100A以上大电流。
其次，通过对励磁机电磁方案的反复调试及优化，最终无刷励磁机设计成16极（主电机为30极），其参数为：功率68kW，电压192.34V，电流219,34A，功率因数0,9306，频率26.67Hz。
计算结果中励磁机所需励磁的参数：励磁电压，187.12V，励磁电流：17.-87A，空载励磁电流，7.396A，短路励磁电流，17.7A。
根据电磁计算结果，可以确定结构设计的核心部分的尺寸。并将以上两组数据提供给电子设备厂就可以订购旋转整流盘了。
2.2结构设计
无刷励磁机结构主要分为四大部分：定子、转子、旋转整流盘，外罩。
定子包括：定子铁心、磁极线圈、固定夹及热胀型材料等。定子铁心由两块110mm厚钢板在厚度方向开坡口焊接币成，并用数控切割，割出16个磁极。磁极的极靴与极身的宽度一致，以确保磁极线崩可以直接套入。磁极线圈有两组线包组成。线包问的空间用于插入固定夹。相邻磁极线圈闾插入热胀型材料撑紧，并在定子整体进行VPI整浸后固定牢固。需要注意的是，在磁极线圈下线后要暂时以中5涤纶护套玻璃纤缍绳固定于定子铁心轭部事先布置的螺栓上。这样傲，为下线（套磁极线圈）工作带来必要的便利。
转子包括：电枢铁心、转子支架、线圈支架、电枢线圈等。电枢铁心冲片为整圆硅钢片，内圆带有键槽。转子支架轮毂一端与主电机轴固定，支架8根放射布置的筋的另一端与旋转整流器间隙配合，并以8个螺栓固定。转子支架8根筋的外表面与电枢冲片内圆过盈配合，其中l根筋上加工有平键槽，嵌入的乎键与电枢铁心内圆键槽配合。这样，从主电机轴传递过来的转矩就可以通过转子支架传到励磁机转子井带动旋转整流器一块旋转。
电枢线圈为双层叠绕散线线圈，为了减少相间接线困难，将两个线圈做成一组。48组线圈嵌入到92个半闭u槽内。线圈端部伸出铁心端部的部分有线圈支架支撑。线圈支架既超支撑线圈端部的作用也起到压紧铁心的转子压板的作用。线圈支架在压紧铁心后以弧键限位固定于转了．支架上，弧键两端需与线圈支架筋点焊牢。
2.3投励与控制励磁
整个的工作过程是，同步电机异步起动，无刷励磁机转子电枢从电动机吸收机械功率（有功功率），切割定子励磁磁场产生同步的旋转磁场，共同建立气隙磁场。气隙磁场作用于励磁机转了I电枢，感应出3相交流电势。在控制�？榉⒊鐾独派种埃降缁酉呷Ω杏Τ龅慕槐涞缌魍ü诺绲缱�，不至于形成大的电势对整流电路构成威胁。
主控�？橥ü杉钚藕牛谧纪角榭鱿�，发出信号打开整流回路的晶闸管，同时关断与放电电阻相连的GTO晶闸管。这样就完成了投励动作，参见图l。对丁多极数的同步电机凸极效应明显，异步起动牵人同步速度快，采集滑差信号困难，可以比较转子线圈两端的电压，测得零压后计时2s左右，发出信号完成1：述投励动作。
至于调整励磁机励磁电流大小，以控制主电动机欠励过励状态。其主要依赖于自控系统根据主电动机负载方信号采集的判断。
比如当负载较人，需要过励时。加大励磁机励磁电流，提高其空载电势增大，功率因数降低，励磁机电枢电流增加，从而加大整流回路的输出电流，达到过励要求。
3、结论
在我国经济飞速发展，钢铁产业，有色金属产业相继上马，拉动采矿业产量不断增长。矿山球磨机需求鼍成}=升趋势。拖动球磨机的无刷励磁同步电机具有适应恶劣环境的特点。并且在各个使用大型同步电机的行业里有很广阔的应用前景。拖动大型矿山球磨电机的无刷励磁同步电动机的开发，填补了国内这方面的空白。在新产品开发和电机产品与国际接轨方面作出有益的尝试。
