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摘要：无刷励磁同步电机是随着电力电子技术的发展而研制起来的，是集防爆技术、电力电子技术、微电子技术、自动控制技术于一体，并与电机相结合而产生的新型电机。它消除了易产生拉弧、电火花且需定期维护更换的碳刷和滑环机构，彻底杜绝了碳刷和滑环接触不良、碳刷长期磨损而发生的各种电机故障，因此在矿山、石油、化工等工业领域得到了广泛的应用。
关键词：大型；无刷励磁电机；结构特点
1电机技术参数
额定功率：21000kW；额定转速200r/min，励磁电压:104V；励磁电流：8.3A；防爆等级：Ex-px ⅡB T4；冷却方式：IC81W。
2电机结构
该系统由主机、发电机和旋转整流器由三部分组成，励磁机的本体结构与绕线式异步电机相同，即定子为隐极励磁磁极，转子为电枢，定转子均采用三相对称绕组，定子侧接三相交流调压器。旋转整流器是一个随电动机主磁场和励磁机电枢一起旋转的圆盘体，其上装有旋转整流二极管。当旋转同步电机，无刷励磁机转子绕组三相交流感应电动势，旋转整流二极管整流成为直流电流直接供应给励磁绕组同步电机产生旋转磁场。本实用新型的优点是，旋转整流盘、机电枢与主机相互紧密连接，本实用新型具有同轴度好的优点，有利于减少振动，降低噪声，提高电机运行的可靠性。
2.1冷却结构
冷却结构是电机整体设计的重要组成部分，关系到电机能否正常和安全运行，是电机设计的关键技术之一。该电机风路分为主机和励磁机两部分，主机风路又分为主风路和支风路两条，冷却结构如图 1 所示。
主风路由安装在机组上方的空空冷却器和主轴上的双侧轴流式风扇及主机内的附属部件组成。风扇提供克服风路风阻并使电机热量扩散的循环风压，用以保证电机冷却后气体由主机两端进入，从中部出来后与空空冷却器完成热交换。电机引线端和非引线端结构基本对称，因此两侧同高度位置处的温度也基本相同。支风路将励磁机风路并入，在主机端板上开有位置和大小适当的风口，与出风管 1 的一端连接，出风管 1 的另一端连至接管 ，主机内热交换后的一部分气体由出风管 1 进入励磁机机座，和进入励磁机中的冷空气汇合后先对旋转整流盘进行冷却，然后在外部风压和旋转整流盘作用下分为三路对励磁机进行冷却:一路经过定转子气隙;另一路经过励磁机机座和筋形成的风道;第三路经过电枢支架上的风孔。由于风阻的大小影响风量的分布，因此风道与风孔的结构和数量应合理选择，以保证电机各部温升满足设计要求。
三路风完成励磁机内部件冷却后，进入励磁机后端，励磁机后罩上开有出风口，出风管 2 一端与其相连，另一端与内风管连接，内风管再与出风管 3 连接，出风管 3 穿过主机端板与主机挡风板上的通风孔相连。这样，励磁机内的气体和主机下部的气体与空空冷却器完成了热交换，即主机下部气体又重新通过励磁机通道进行了二次冷却，加强了下部气体的流动，解决了主机上下部温差大的缺点。同时出风管 1 和出风管 3 分别与主机端板和主机挡风板相连，将主机部分的风压引入励磁机，解决了励磁机风压低的问题。为保证冷却系统的密闭性 ，管路间采用焊接和易于拆卸的法兰两种连接方式。
2.2铁心和绕组结构
主发动机的定子铁心由扇形板和冲片的厚度为0.5mm，与材料dw540-50冷轧硅钢片。每片有3个张力螺丝孔，拉伸螺钉材料为冷拉圆钢45（等级11）。冲片组装加压，底板焊接成型，提高了机座的刚性。定子铁心采用直槽结构，和径向通风沟宽度为7mm。励磁机的定子铁芯为圆形冲片。为便于散热，芯部设有通风沟、压板两端。励磁机的定子绕组为圆形绕线槽。在齿宽槽，属于平行的牙齿，主要有3大优势：第一是小，齿的宽度的表面，在主要地区增加气隙磁通，降低磁阻和主磁路定子间隙系数，减小励磁电流，提高了功率因数；表面损耗和电机的脉动损耗的降低，电机效率；此外，槽的底部是圆形的，弯曲度可以降低槽绝缘，避免损坏绝缘材料。形成线圈扁铜线绕制，用热膨胀式玻璃垫边缘间隙堵塞，在外端带双重约束的结束，然后浸渍无溶剂真空浸渍，进一步保证电气性能和机械性能的定子绕组。定子与铜环结构连接，6个定子引线从电机侧面引出。定子绕组嵌入9铂电阻温度传感器Pt100，导线绕组温度传感器分别连接到一个专用接线箱；电机的进出风口处放置 3 个电接点温度表(其中进风2 个、出风 1 个)，可以及时监控温度和风电机绕组在控制室。
2.3转子结构
转子是能量转换和传递力矩的主要组成部分，分为叠层转子和双实心转子，电机采用实心转子结构，不仅具有较高的机械强度，而且具有良好的阻尼特性和谐波抑制效果。
锻钢25Cr2Ni4MoV主要材料，与主杆杆体、螺旋桨式风机安装在芯的两端，与励磁机和旋转整流器非负荷端，旋转整流器和主轴止口定位，用螺栓连接。磁极包括6个励磁绕组、磁极板和极体。励磁线圈由磁极线圈、极连接线、磁极引出线和沉头螺钉组成。磁极线圈顺时针绕极引脚用沉头螺钉固定在磁极线圈与引线连接线柱与柱之间用导线多层0.5mm厚软铜，其截面积大于铜线圈的横截面积，重叠面积10倍的铜杆的横截面积。为了使导电性好，镀锡铜。线圈经过二次退火和冷压线成型钻孔与线圈引线连接，有效防止极线圈磁极与导线过热的连接。磁极线圈设有散热四角焊接结构，和匝间绝缘是由一层有两层厚度0.13mm厚胶Nomex纸。磁线圈套入杆后浸渍聚酯毡和玻璃板将和其他所有的空白填满，放在极板上，安装杆螺栓，螺栓的预紧力应充分考虑离心力和电磁力、线圈、磁极板与上下板牢固可靠。每个磁极上设有支撑块，支撑块通过螺栓固定在磁轭上，以防止线圈的圆周运动。转子磁极通常采用有线连接方式，安装方便，但电机高速，由于空间位置的限制，一般用钢丝绳或线夹固定在磁轭或套管，以克服高速电机的离心力。如果绳子的材料选择不合理，不适当的或不适当的绑扎位置的结合的方法，综合效应将导致电缆张力在离心力作用下，摆脱了绳子，松开束缚对方，导致扫或励磁故障，电机不能正常工作。主轴的非传动端已在中心孔的机械强度没有影响，孔为F级环氧玻璃布管，根据决策的激励电压的厚度，但由于其绝缘材料的特殊性，厚度一般大于3mm。环氧玻璃布管为两段弧形铜板作阳极板、径向加工螺纹底孔对应的极点位置，导电板截面面积和螺纹规格根据电流密度的选择，但不低于励磁线圈的横截面。在5mm厚的环氧玻璃布板之间的两个导电板，绝缘强度可以满足励磁系统的要求。导电螺杆与导电板相同，纵截面为梯形，两端为螺纹，非螺纹部分覆盖云母带。主轴和环氧玻璃布管加工通孔，杆的位置和相应的导电螺杆穿过通孔连接导电板，然后安装压塞，另一端用螺母紧固，导电板与主轴固定位置。在铜垫片与压紧螺母之间设置磁极引线接头，改善了磁极引线安装拆卸的麻烦问题，提高了转子组件的安全性。。
2.4交流励磁机旋转电枢结构
由于电枢铁芯内径较大，衔铁支架不能直接安装在主轴上，在主轴与铁芯之间增设衔铁支架。电枢支架具有良好的机械强度，和定位键槽位于外环，和铁心的关键位置设置确保铁芯槽对齐，防止槽凹凸板损坏绕组的绝缘电枢。所述的铁芯上设有通风槽，其位置和数量与定子通风沟相同。在铁芯的两端分别设置有端板，铁芯与电枢支架紧密焊接固定，减少了牙齿的外膨胀。绕组由绕组构成，散热性好，机械强度高。端板的两侧分别设有若干支肋，支撑筋与绕组之间设有绝缘圈。因为当电机运行时，端部绕组受到高离心力和电磁力的影响，所以采用高强度的玻纤布将电枢绕组端部和引线固定在星形支撑筋上，浸漆后卷绕而成芯整体。旋转衔铁和主轴不需要频繁拆卸，结构简单，承载能力高，轴强度小。考虑到绕组的温度，根据电机的F绝缘等级的热套的最高温度为150摄氏度。
3结论
本文对我公司的大型无刷励磁电机的冷却系统及主机和励磁机的结构进行了详细介绍，目前该机在现场运行状况良好，证明此电机的结构及控制方式合理，对于同类电机的实际应用一定的参考价值和实用意义。
参考文献：
［1］李幼倩，韩君强．现代新型无刷励磁同步电动机的设计及应用［M］．北京:机械工业出版社，2016．1．
［2］丁舜年．大型电机的发热与冷却［M］．北京:科学出版社，2016．10．
论文作者:何小伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/22
标签：励磁论文; 绕组论文; 电机论文; 磁极论文; 风管论文; 定子论文; 线圈论文; 《基层建设》2017年6期论文;