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1、引言
    為安徽銅都銅業(yè)股份有限公司冬瓜山工程項目制造的大型礦山球磨機用無刷勵磁同步電機是我公司（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司）前身——哈爾濱電機廠自1951年建廠至今首次自主生產(chǎn)的無刷勵磁同步電動機。更具有意義的是為將來相關(guān)的電機產(chǎn)品升級換代及尋找機會打人國際市場奠定了不可或缺的基礎(chǔ)。其中，型號為TMW3300-30/2860的兩臺電機是我公司自主制造最大功率(3300kW)的球磨機同步電機。在機械部部頒標(biāo)準(zhǔn)(JB/T 1473 2000)中列入的最大規(guī)格球磨機同步電機為1250kW，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設(shè)備。
2、無刷勵磁同步電機的設(shè)計
    該電機有很多獨特之處。與常規(guī)球磨機電機的不同主要是兩方面因素造成的：首先，電機采用傳動端軸頭安裝空氣離合器結(jié)構(gòu)，改善了起動工況。啟動電流一一堵轉(zhuǎn)電流小于4倍額定電流，機械部部頒標(biāo)準(zhǔn)(JB／1473-2000)堵轉(zhuǎn)電流小于7倍額定電流；啟動轉(zhuǎn)矩…一堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大干0.4倍額定轉(zhuǎn)矩，JB／1473 -2000中要求堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大丁1.7倍額定轉(zhuǎn)矩；牽人轉(zhuǎn)矩大干0.5倍額定轉(zhuǎn)矩，JB／t473-2000中要求牽人轉(zhuǎn)矩大干1O額定轉(zhuǎn)矩。
    其次，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，有刷電機難以滿足要求。被迫采用無刷勵磁技術(shù)。
    同步電機無刷勵磁機包括兩種形式：一種，以轉(zhuǎn)樞式凸極同步發(fā)電機作為無剁勵磁機。另一種，以繞線式感應(yīng)發(fā)電機作為無刷勵磁機。前者一般為上頻同步電機勵磁。后者既可為工頻同步電機勵磁，也可為變頻調(diào)速同步電機勵磁。
    我們選用前一種無刷勵磁桃形式。這主要是出于該電機屬試制階段，此種形式無刷勵磁機定子可做成鋼板加工磁極結(jié)構(gòu)，較之繞線式感應(yīng)發(fā)電機定子做成沖片結(jié)構(gòu)的成本低。這樣，若試制不成，也不會造成報廢模具的較大浪費。
2.1電磁計算
    電磁方案的研究重點主要落在同步電機主極與旋轉(zhuǎn)整流盤，旋轉(zhuǎn)整流盤與無刷勵磁機的接口，無刷勵磁機電磁計算。圖1為同步電機無刷勵磁原理圖：
    無刷勵磁機的性質(zhì)為小型三相轉(zhuǎn)樞式凸極同步發(fā)電機，具有半閉口槽、散線線圈、磁極線圈分兩個線包結(jié)構(gòu)特點。電磁計算程序主要是在普通凸極同步發(fā)電機電磁計算程序的基礎(chǔ)上考慮到這些特點開發(fā)的。
    滿足同步電機勵磁的勵磁電壓、勵磁電流由旋轉(zhuǎn)整流盤輸出端提供。旋轉(zhuǎn)整流盤所需的三相交流電壓、電流是勵磁機輸出的電壓，電流。
    首先，根據(jù)同步電機勵磁的電壓、電流初算勵磁機參數(shù)：功率，電壓、功率因數(shù)、電流、頻率。初算勵磁機的參數(shù)有兩套公式，根據(jù)最終選定的晶閘管而不同：一種器件為螺檢形，適用于100A以下工況，另一種器件為平板形，適用于100A以上大電流。
    其次，通過對勵磁機電磁方案的反復(fù)調(diào)試及優(yōu)化，最終無刷勵磁機設(shè)計成16極（主電機為30極），其參數(shù)為：功率68kW，電壓192.34V，電流219,34A，功率因數(shù)0,9306，頻率26.67Hz。
    計算結(jié)果中勵磁機所需勵磁的參數(shù)：勵磁電壓，187.12V，勵磁電流：17.-87A，空載勵磁電流，7.396A，短路勵磁電流，17.7A。
  根據(jù)電磁計算結(jié)果，可以確定結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心部分的尺寸。并將以上兩組數(shù)據(jù)提供給電子設(shè)備廠就可以訂購旋轉(zhuǎn)整流盤了。
2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
    無刷勵磁機結(jié)構(gòu)主要分為四大部分：定子、轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)整流盤，外罩。
    定子包括：定子鐵心、磁極線圈、固定夾及熱脹型材料等。定子鐵心由兩塊110mm厚鋼板在厚度方向開坡口焊接幣成，并用數(shù)控切割，割出16個磁極。磁極的極靴與極身的寬度一致，以確保磁極線崩可以直接套入。磁極線圈有兩組線包組成。線包問的空間用于插入固定夾。相鄰磁極線圈閭插入熱脹型材料撐緊，并在定子整體進行VPI整浸后固定牢固。需要注意的是，在磁極線圈下線后要暫時以中5滌綸護套玻璃纖綞繩固定于定子鐵心軛部事先布置的螺栓上。這樣傲，為下線（套磁極線圈）工作帶來必要的便利。
    轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵心、轉(zhuǎn)子支架、線圈支架、電樞線圈等。電樞鐵心沖片為整圓硅鋼片，內(nèi)圓帶有鍵槽。轉(zhuǎn)子支架輪轂一端與主電機軸固定，支架8根放射布置的筋的另一端與旋轉(zhuǎn)整流器間隙配合，并以8個螺栓固定。轉(zhuǎn)子支架8根筋的外表面與電樞沖片內(nèi)圓過盈配合，其中l(wèi)根筋上加工有平鍵槽，嵌入的乎鍵與電樞鐵心內(nèi)圓鍵槽配合。這樣，從主電機軸傳遞過來的轉(zhuǎn)矩就可以通過轉(zhuǎn)子支架傳到勵磁機轉(zhuǎn)子井帶動旋轉(zhuǎn)整流器一塊旋轉(zhuǎn)。
    電樞線圈為雙層疊繞散線線圈，為了減少相間接線困難，將兩個線圈做成一組。48組線圈嵌入到92個半閉u槽內(nèi)。線圈端部伸出鐵心端部的部分有線圈支架支撐。線圈支架既超支撐線圈端部的作用也起到壓緊鐵心的轉(zhuǎn)子壓板的作用。線圈支架在壓緊鐵心后以弧鍵限位固定于轉(zhuǎn)了．支架上，弧鍵兩端需與線圈支架筋點焊牢。
2.3投勵與控制勵磁
    整個的工作過程是，同步電機異步起動，無刷勵磁機轉(zhuǎn)子電樞從電動機吸收機械功率（有功功率），切割定子勵磁磁場產(chǎn)生同步的旋轉(zhuǎn)磁場，共同建立氣隙磁場。氣隙磁場作用于勵磁機轉(zhuǎn)了I電樞，感應(yīng)出3相交流電勢。在控制模塊發(fā)出投勵信芍之前，同步電機轉(zhuǎn)子線圈感應(yīng)出的交變電流通過放電電阻，不至于形成大的電勢對整流電路構(gòu)成威脅。
    主控模塊通過采集滑差信號，在準(zhǔn)同步情況下，發(fā)出信號打開整流回路的晶閘管，同時關(guān)斷與放電電阻相連的GTO晶閘管。這樣就完成了投勵動作，參見圖l。對丁多極數(shù)的同步電機凸極效應(yīng)明顯，異步起動牽人同步速度快，采集滑差信號困難，可以比較轉(zhuǎn)子線圈兩端的電壓，測得零壓后計時2s左右，發(fā)出信號完成1：述投勵動作。
    至于調(diào)整勵磁機勵磁電流大小，以控制主電動機欠勵過勵狀態(tài)。其主要依賴于自控系統(tǒng)根據(jù)主電動機負(fù)載方信號采集的判斷。
    比如當(dāng)負(fù)載較人，需要過勵時。加大勵磁機勵磁電流，提高其空載電勢增大，功率因數(shù)降低，勵磁機電樞電流增加，從而加大整流回路的輸出電流，達(dá)到過勵要求。
3、結(jié)論
    在我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)業(yè)，有色金屬產(chǎn)業(yè)相繼上馬，拉動采礦業(yè)產(chǎn)量不斷增長。礦山球磨機需求鼉成}=升趨勢。拖動球磨機的無刷勵磁同步電機具有適應(yīng)惡劣環(huán)境的特點。并且在各個使用大型同步電機的行業(yè)里有很廣闊的應(yīng)用前景。拖動大型礦山球磨電機的無刷勵磁同步電動機的開發(fā)，填補了國內(nèi)這方面的空白。在新產(chǎn)品開發(fā)和電機產(chǎn)品與國際接軌方面作出有益的嘗試。