1、引言
    為安徽銅都銅業(yè)股份有限公司冬瓜山工程項(xiàng)目制造的大型礦山球磨機(jī)用無刷勵(lì)磁同步電機(jī)是我公司（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司）前身——哈爾濱電機(jī)廠自1951年建廠至今首次自主生產(chǎn)的無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)。更具有意義的是為將來相關(guān)的電機(jī)產(chǎn)品升級(jí)換代及尋找機(jī)會(huì)打人國際市場(chǎng)奠定了不可或缺的基礎(chǔ)。其中，型號(hào)為TMW3300-30/2860的兩臺(tái)電機(jī)是我公司自主制造最大功率(3300kW)的球磨機(jī)同步電機(jī)。在機(jī)械部部頒標(biāo)準(zhǔn)(JB/T 1473 2000)中列入的最大規(guī)格球磨機(jī)同步電機(jī)為1250kW，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
2、無刷勵(lì)磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)
    該電機(jī)有很多獨(dú)特之處。與常規(guī)球磨機(jī)電機(jī)的不同主要是兩方面因素造成的：首先，電機(jī)采用傳動(dòng)端軸頭安裝空氣離合器結(jié)構(gòu)，改善了起動(dòng)工況。啟動(dòng)電流一一堵轉(zhuǎn)電流小于4倍額定電流，機(jī)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(dòng)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(chǎng)環(huán)境惡劣，有刷電機(jī)難以滿足要求。被迫采用無刷勵(lì)磁技術(shù)。
    同步電機(jī)無刷勵(lì)磁機(jī)包括兩種形式：一種，以轉(zhuǎn)樞式凸極同步發(fā)電機(jī)作為無剁勵(lì)磁機(jī)。另一種，以繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)作為無刷勵(lì)磁機(jī)。前者一般為上頻同步電機(jī)勵(lì)磁。后者既可為工頻同步電機(jī)勵(lì)磁，也可為變頻調(diào)速同步電機(jī)勵(lì)磁。
    我們選用前一種無刷勵(lì)磁桃形式。這主要是出于該電機(jī)屬試制階段，此種形式無刷勵(lì)磁機(jī)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(jī)定子做成沖片結(jié)構(gòu)的成本低。這樣，若試制不成，也不會(huì)造成報(bào)廢模具的較大浪費(fèi)。
2.1電磁計(jì)算
    電磁方案的研究重點(diǎn)主要落在同步電機(jī)主極與旋轉(zhuǎn)整流盤，旋轉(zhuǎn)整流盤與無刷勵(lì)磁機(jī)的接口，無刷勵(lì)磁機(jī)電磁計(jì)算。圖1為同步電機(jī)無刷勵(lì)磁原理圖：
    無刷勵(lì)磁機(jī)的性質(zhì)為小型三相轉(zhuǎn)樞式凸極同步發(fā)電機(jī)，具有半閉口槽、散線線圈、磁極線圈分兩個(gè)線包結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。電磁計(jì)算程序主要是在普通凸極同步發(fā)電機(jī)電磁計(jì)算程序的基礎(chǔ)上考慮到這些特點(diǎn)開發(fā)的。
    滿足同步電機(jī)勵(lì)磁的勵(lì)磁電壓、勵(lì)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(lì)磁機(jī)輸出的電壓，電流。
    首先，根據(jù)同步電機(jī)勵(lì)磁的電壓、電流初算勵(lì)磁機(jī)參數(shù)：功率，電壓、功率因數(shù)、電流、頻率。初算勵(lì)磁機(jī)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(duì)勵(lì)磁機(jī)電磁方案的反復(fù)調(diào)試及優(yōu)化，最終無刷勵(lì)磁機(jī)設(shè)計(jì)成16極（主電機(jī)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(jì)算結(jié)果中勵(lì)磁機(jī)所需勵(lì)磁的參數(shù)：勵(lì)磁電壓，187.12V，勵(lì)磁電流：17.-87A，空載勵(lì)磁電流，7.396A，短路勵(lì)磁電流，17.7A。
  根據(jù)電磁計(jì)算結(jié)果，可以確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)
    無刷勵(lì)磁機(jī)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(gè)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(jìn)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(shí)以中5滌綸護(hù)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(jī)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(gè)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(jī)軸傳遞過來的轉(zhuǎn)矩就可以通過轉(zhuǎn)子支架傳到勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子井帶動(dòng)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(gè)線圈做成一組。48組線圈嵌入到92個(gè)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(diǎn)焊牢。
2.3投勵(lì)與控制勵(lì)磁
    整個(gè)的工作過程是，同步電機(jī)異步起動(dòng)，無刷勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞從電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械功率（有功功率），切割定子勵(lì)磁磁場(chǎng)產(chǎn)生同步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，共同建立氣隙磁場(chǎng)。氣隙磁場(chǎng)作用于勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)了I電樞，感應(yīng)出3相交流電勢(shì)。在控制模塊發(fā)出投勵(lì)信芍之前，同步電機(jī)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(shì)對(duì)整流電路構(gòu)成威脅。
    主控模塊通過采集滑差信號(hào)，在準(zhǔn)同步情況下，發(fā)出信號(hào)打開整流回路的晶閘管，同時(shí)關(guān)斷與放電電阻相連的GTO晶閘管。這樣就完成了投勵(lì)動(dòng)作，參見圖l。對(duì)丁多極數(shù)的同步電機(jī)凸極效應(yīng)明顯，異步起動(dòng)牽人同步速度快，采集滑差信號(hào)困難，可以比較轉(zhuǎn)子線圈兩端的電壓，測(cè)得零壓后計(jì)時(shí)2s左右，發(fā)出信號(hào)完成1：述投勵(lì)動(dòng)作。
    至于調(diào)整勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流大小，以控制主電動(dòng)機(jī)欠勵(lì)過勵(lì)狀態(tài)。其主要依賴于自控系統(tǒng)根據(jù)主電動(dòng)機(jī)負(fù)載方信號(hào)采集的判斷。
    比如當(dāng)負(fù)載較人，需要過勵(lì)時(shí)。加大勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，提高其空載電勢(shì)增大，功率因數(shù)降低，勵(lì)磁機(jī)電樞電流增加，從而加大整流回路的輸出電流，達(dá)到過勵(lì)要求。
3、結(jié)論
    在我國經(jīng)濟(jì)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(dòng)采礦業(yè)產(chǎn)量不斷增長。礦山球磨機(jī)需求鼉成}=升趨勢(shì)。拖動(dòng)球磨機(jī)的無刷勵(lì)磁同步電機(jī)具有適應(yīng)惡劣環(huán)境的特點(diǎn)。并且在各個(gè)使用大型同步電機(jī)的行業(yè)里有很廣闊的應(yīng)用前景。拖動(dòng)大型礦山球磨電機(jī)的無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的開發(fā)，填補(bǔ)了國內(nèi)這方面的空白。在新產(chǎn)品開發(fā)和電機(jī)產(chǎn)品與國際接軌方面作出有益的嘗試。