吊斗铲提升、回拉电机原理

2013-04-29王栋

企业文化·中旬刊 2013年6期

王栋

摘要：吊斗铲是由比塞洛斯国际公司生产的世界一流矿山挖掘设备，它采用了无齿轮传动和迈步式行走。设备的总重量大约为500吨，大臂长度为109.7米，工作半径大约110米，挖掘深度和卸料高度分别是71米和45米。每次运货可达90M3，如此的称重量，必须具备很大功率的拖动系统。所以吊斗铲使用了两台功率很大的同步电机作为拖动系统。

关键词：吊斗铲同步电动机

吊斗铲设备的铲斗每次运货可达90M3，它使用了两台功率很大的同步电动机作为拖动系统，这两台电动机分别用作提升和回拉，我们通常称为提升电机和回拉电机。

一、提升和回拉电机的结构。

提升和回拉电机的全部是同西门子制造的，它是一个相当大的电动机，长、宽、高分别可达到7.5米、2米、4米。如此庞大的电机，结构上和普通电机一样，主要由定子和转子组成。

1、定子。

电机定子是同低损耗的电机硅钢片组成，大部分厚度为0.5mm，具有良好的弯曲性。铁芯由层状排列的窗形冲片组成，或由交叠排列的叠片组成。电机定子有324槽，共有9套绕组。

2、转子。

电机转子有36个磁极组成。在转子绕组通入直流电，产生固定的磁极。

3、鼓风机和传感器。

如此庞大的设备，散热是不可少的，共用了8台15KW的鼓风机散热。除了散热，保护也是不可少的，在电机的空气的入口和空气的出口分别安装了温度传感器，保证了进出气温度。定子绕组的热防护通过植入定子绕组中的电阻式温度计监测，以便防止绕组过热。

二、提升和回拉电机的工作原理。

1、工作原理。

同步电动机的运行，也可以理解为是由于经定子电流产生的旋转磁场和转子磁极间的吸力所至，N、S表示交变电流在定子绕组中所产生的旋转磁场，当转子以同步的速率转动时，这些定子旋转磁场的磁极和转子上异性磁极N、S间的吸力，可以使转子被定子旋转磁场拖带着保持同步的转速而旋转。

提升和回拉同步电动机具有9套定子对称的三相绕组，额定电压为9×1100V。它的转子则是由与定子绕组有相同极数的固定极性磁极组成，该固定极性磁极是由接入磁极励磁绕组中的直流电流所产生的，提升和回拉电机是一台三相36极的同步电动机。当该电机定子上的对称三相绕组流过对称三相电流时，就会在电动机的气隙中产生一个与转子同极数的旋转磁场，旋转磁场的磁极将根据异磁极相吸的原理吸引转子磁极以相同的同步转速旋转。

2、提升和回拉电机的启动。

由于同步电动机的平均转矩为零，也就是说同步电动机它本身不具有启动转矩。所以不能自行启动，必须借助其它启动方法。同步电动机常用的启动方法有辅助电动机启动、异步启动法和变频启动法。吊斗铲的提升和回拉电机就采用了变频启动法。

变频启动法是在启动前将转子加入直流电，利用变频电源使频率从零缓慢升高，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速。

3、提升和回拉电机的调速。

提升和回拉电机的调速采用了变频调速。调速使用的是恒转速和恒功率。

恒转速是转速不变的情况下，提高电机的功率从而增大电机的转矩。恒转速在每分钟14转，频率为4.2HZ下进行的，它的功率可以从7768KW增加到12429KW。

恒功率是功率不变的情况下改变电机的转速，当转速提升时，它的转矩变小。恒转矩是在电机功率12429KW理进行的，它的转速可从第分钟14转上升到每分钟35转，频率从4.2HZ到10.5HZ。

由此可见，电机运行在每分钟14转时，功率为12429KW是时。电机的转矩最大。

三、提升和回拉电机的机械特性。

在0<θ≤90°范围内，同步电动机原运行在A点，对应的功角为θ1，T=TL。现电动机所带负载出现扰动，假设负载增大到TLˊ，这时转子减速使功角增大至θ2，产生新的电磁转矩Tˊ与负载转矩平衡，即Tˊ=TLˊ，使电动机继续同步运行。同理，如果负载扰动消失，电动机要加速使功角恢复至θ1，所以电动机能稳定运行。

在90°<θ≤180°范围内，同步电动机运行在B点，对应的功角为θ3，T=TL，现电动机出现扰动，假设负载增大到TLˊ，这时转子减速使功角增大至θ4，此时对应的转矩为T"，T"

励磁调节，由于同步电动机是双边励磁机，通过调节励磁电流来调节同步电动机的无功电流和功率因数，从而提高电网的功率因数。

1、当正常励磁时If，对应的感应电势为E0，电枢相电流I1和定子相电压U1同相位，电动机的功率因数cosф=1，无功功率为零，说明电动机只消耗有功功率，不消耗无功功率，电动机对电网呈纯电阻性。

2、当减小励磁电流为If′（If′

3、当增大励磁电流为If″（If′>If），对应的感应电势为E0″，电枢相电流I1″超前定子相电压U1φ″相位角，电动机的功率因数cosф>1，这时电动机除从电网吸收有功功率，同时也从电网吸收超前的无功功率，电动机对电网呈容性负载，这种励磁方式称为过励，这种运行方式能提高电网的功率因数。

四、提升和回拉电机的机的优点。

1、可以在功率因数超前的情况下运行，对提高企业用电的功率因数有相当大的作用。

2、同步电动机的转矩受电网电压波动的影响比异步电动机小；因为同步电动机的转矩与电网电压u的一次方成正比，而异步电动机的转矩则与电网电压u的二次方成正比；这在电压波动比较大，电压偏低的地区更显示出它的优点。

3、可采用极数较多的转速较慢的同步电动机直接和设备连接，而不需要减速机。如吊斗铲的提升和回拉电机就直接和滚筒连接，这样的同步机，使设备组合简单、维修工作量小。所以称之为无齿轮传动。

五、提升和回拉电机的维护。

1、电机在使用过程中必须定期检查周围的环境并保持清洁。

2、定期检查集电环和碳刷装置。