王棟

摘 要：吊斗鏟是由比塞洛斯國際公司生產(chǎn)的世界一流礦山挖掘設(shè)備，它采用了無齒輪傳動和邁步式行走。設(shè)備的總重量大約為500噸，大臂長度為109.7米，工作半徑大約110米，挖掘深度和卸料高度分別是71米和45米。每次運貨可達90M3，如此的稱重量，必須具備很大功率的拖動系統(tǒng)。所以吊斗鏟使用了兩臺功率很大的同步電機作為拖動系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：吊斗鏟 同步電動機

吊斗鏟設(shè)備的鏟斗每次運貨可達90M3，它使用了兩臺功率很大的同步電動機作為拖動系統(tǒng)，這兩臺電動機分別用作提升和回拉，我們通常稱為提升電機和回拉電機。

一、提升和回拉電機的結(jié)構(gòu)。

提升和回拉電機的全部是同西門子制造的，它是一個相當大的電動機，長、寬、高分別可達到7.5米、2米、4米。如此龐大的電機，結(jié)構(gòu)上和普通電機一樣，主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。

1、定子。

電機定子是同低損耗的電機硅鋼片組成，大部分厚度為0.5mm，具有良好的彎曲性。鐵芯由層狀排列的窗形沖片組成，或由交疊排列的疊片組成。電機定子有324槽，共有9套繞組。

2、轉(zhuǎn)子。

電機轉(zhuǎn)子有36個磁極組成。在轉(zhuǎn)子繞組通入直流電，產(chǎn)生固定的磁極。

3、鼓風機和傳感器。

如此龐大的設(shè)備，散熱是不可少的，共用了8臺15KW的鼓風機散熱。除了散熱，保護也是不可少的，在電機的空氣的入口和空氣的出口分別安裝了溫度傳感器，保證了進出氣溫度。定子繞組的熱防護通過植入定子繞組中的電阻式溫度計監(jiān)測，以便防止繞組過熱。

二、提升和回拉電機的工作原理。

1、工作原理。

同步電動機的運行，也可以理解為是由于經(jīng)定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子磁極間的吸力所至，N、S表示交變電流在定子繞組中所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，當轉(zhuǎn)子以同步的速率轉(zhuǎn)動時，這些定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁極和轉(zhuǎn)子上異性磁極N、S間的吸力，可以使轉(zhuǎn)子被定子旋轉(zhuǎn)磁場拖帶著保持同步的轉(zhuǎn)速而旋轉(zhuǎn)。

提升和回拉同步電動機具有9套定子對稱的三相繞組，額定電壓為9×1100V。它的轉(zhuǎn)子則是由與定子繞組有相同極數(shù)的固定極性磁極組成，該固定極性磁極是由接入磁極勵磁繞組中的直流電流所產(chǎn)生的，提升和回拉電機是一臺三相36極的同步電動機。當該電機定子上的對稱三相繞組流過對稱三相電流時，就會在電動機的氣隙中產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的磁極將根據(jù)異磁極相吸的原理吸引轉(zhuǎn)子磁極以相同的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

2、提升和回拉電機的啟動。

由于同步電動機的平均轉(zhuǎn)矩為零，也就是說同步電動機它本身不具有啟動轉(zhuǎn)矩。所以不能自行啟動，必須借助其它啟動方法。同步電動機常用的啟動方法有輔助電動機啟動、異步啟動法和變頻啟動法。吊斗鏟的提升和回拉電機就采用了變頻啟動法。

變頻啟動法是在啟動前將轉(zhuǎn)子加入直流電，利用變頻電源使頻率從零緩慢升高，旋轉(zhuǎn)磁場牽引轉(zhuǎn)子緩慢同步加速。

3、提升和回拉電機的調(diào)速。

提升和回拉電機的調(diào)速采用了變頻調(diào)速。調(diào)速使用的是恒轉(zhuǎn)速和恒功率。

恒轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)速不變的情況下，提高電機的功率從而增大電機的轉(zhuǎn)矩。恒轉(zhuǎn)速在每分鐘14轉(zhuǎn)，頻率為4.2HZ下進行的，它的功率可以從7768KW增加到12429KW。

恒功率是功率不變的情況下改變電機的轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速提升時，它的轉(zhuǎn)矩變小。恒轉(zhuǎn)矩是在電機功率12429KW理進行的，它的轉(zhuǎn)速可從第分鐘14轉(zhuǎn)上升到每分鐘35轉(zhuǎn)，頻率從4.2HZ到10.5HZ。

由此可見，電機運行在每分鐘14轉(zhuǎn)時，功率為12429KW是時。電機的轉(zhuǎn)矩最大。

三、提升和回拉電機的機械特性。

在0<θ≤90°范圍內(nèi)，同步電動機原運行在A點，對應(yīng)的功角為θ1，T=TL?，F(xiàn)電動機所帶負載出現(xiàn)擾動，假設(shè)負載增大到TLˊ，這時轉(zhuǎn)子減速使功角增大至θ2，產(chǎn)生新的電磁轉(zhuǎn)矩Tˊ與負載轉(zhuǎn)矩平衡，即Tˊ=TLˊ，使電動機繼續(xù)同步運行。同理，如果負載擾動消失，電動機要加速使功角恢復(fù)至θ1，所以電動機能穩(wěn)定運行。

在90°<θ≤180°范圍內(nèi)，同步電動機運行在B點，對應(yīng)的功角為θ3，T=TL，現(xiàn)電動機出現(xiàn)擾動，假設(shè)負載增大到TLˊ，這時轉(zhuǎn)子減速使功角增大至θ4，此時對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T"，T"

勵磁調(diào)節(jié)，由于同步電動機是雙邊勵磁機，通過調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)同步電動機的無功電流和功率因數(shù)，從而提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。

1、當正常勵磁時If，對應(yīng)的感應(yīng)電勢為E0，電樞相電流I1和定子相電壓U1同相位，電動機的功率因數(shù)cosф=1，無功功率為零，說明電動機只消耗有功功率，不消耗無功功率，電動機對電網(wǎng)呈純電阻性。

2、當減小勵磁電流為If′（If′

3、當增大勵磁電流為If″（If′>If），對應(yīng)的感應(yīng)電勢為E0″，電樞相電流I1″超前定子相電壓U1φ″相位角，電動機的功率因數(shù)cosф>1，這時電動機除從電網(wǎng)吸收有功功率，同時也從電網(wǎng)吸收超前的無功功率，電動機對電網(wǎng)呈容性負載，這種勵磁方式稱為過勵，這種運行方式能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。

四、提升和回拉電機的機的優(yōu)點。

1、可以在功率因數(shù)超前的情況下運行，對提高企業(yè)用電的功率因數(shù)有相當大的作用。

2、同步電動機的轉(zhuǎn)矩受電網(wǎng)電壓波動的影響比異步電動機??；因為同步電動機的轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓u的一次方成正比，而異步電動機的轉(zhuǎn)矩則與電網(wǎng)電壓u的二次方成正比；這在電壓波動比較大，電壓偏低的地區(qū)更顯示出它的優(yōu)點。

3、可采用極數(shù)較多的轉(zhuǎn)速較慢的同步電動機直接和設(shè)備連接，而不需要減速機。如吊斗鏟的提升和回拉電機就直接和滾筒連接，這樣的同步機，使設(shè)備組合簡單、維修工作量小。所以稱之為無齒輪傳動。

五、提升和回拉電機的維護。

1、電機在使用過程中必須定期檢查周圍的環(huán)境并保持清潔。

2、定期檢查集電環(huán)和碳刷裝置。

（1）必須保持集電環(huán)的光滑和圓度，在不影響電機正常運行的情況下，允許徑向擺度不超過0.1mm，軸向擺度不超過2.0mm。

（2）為使集電環(huán)磨損均勻，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況決定更換極性的時間。

（3）為避免碳刷磨成凸緣，碳刷應(yīng)放置在集電環(huán)的中部，不應(yīng)偏移到集電環(huán)的邊緣。

（4）定期檢查碳刷的磨損、受力情況和刷盒與集電環(huán)之間的距離（一般在3～5mm），發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

3、電機的氣隙應(yīng)定期進行檢查。

4、應(yīng)定期檢查所有的緊固件是否松動。

參考文獻 ：

[1]陸培慶，電機實用技術(shù)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1994

[2]西門子培訓(xùn)手冊，2009