直联式矿井提升机械用直流电动机技术

杜少军

摘要：近年随着煤炭、矿石开采需求量的不断增大，矿井提升设备需求也不断增加，而新建矿井多选用低速直联式电动机，此种直联式直流电动机结构简单维护方便、运行稳定可靠，因而被新投产的大型现代化矿井设备所采用。矿井提升机是井下开采的重要设备，产量的高低，矿井提升机起决定性作用。本文通过对2800kW提升机用直流电动机的设计，简单阐述了直联式矿井提升机用直流电动机电磁、结构等特点。

关键词：直联式；矿井提升；机械用直流电动机技术

1 电磁设计

1.1 电磁设计程序

电磁设计的关键是根据电机额定数据确定其与电磁有关的几何尺寸和绕组数据，计算换向参数、工作特性和温升、效率等，使其满足相关国家标准和产品技术条件的规定。以下根据2800kW提升机电磁方案选定程序说明电磁设计思路。

(1)根据电磁负载经验值，初步确定电枢铁心直径、长度和相应的主、换向极极数；

(2)确定电枢绕组、电枢铁心、换向器和电刷的主要尺寸；

(3)确定磁路各部尺寸，计算空载特性曲线、电枢反应去磁磁动势，确定励磁绕组；

(4)计算换向参数，确定换向极和补偿绕组；

(5)计算损耗、效率和工作特性。

电磁设计中使用的电磁负载参数，往往由制造厂逐年积累，编制成表格、曲线或经验公式。它们与电机的运行要求、环境条件、结构型式、通风方式、绝缘等级、工艺方法等密切相关。只有正确选择电磁负载参数，才能生产出性能优良、经济合理的产品。

1.2 电磁方案选定

计算功率与转速比值，即PN／nN=2800／54．6≈51．3，根据以往生产电机所绘出的电枢直径Da与PN／nN的关系曲线，得出Da=3100mm。电枢直径Da确定后，根据经验选定电枢铁心la=600mm，主、换向极极数2p=16。电枢直径和电枢铁心长度的确定，只是电机的初步选型，电磁方案是否合理，电枢线圈的选择也很重要。针对低速直联式电动机最佳方案是选择并联支路数较少的复波绕组。因为低速直联式电动机直接悬挂在提升机卷筒的主轴上，结构上相当于悬臂梁，为减小电机的挠度，电磁设计中尽量选用短铁心方案，这就形成了大直径短铁心的结构，因而电机的极数也相对较多，电枢绕组往往就选择了并联支路数较少的复波绕组，采用每槽一个元件接均压线的乙种均压线。

2 结构设计

2.1 定子结构

（1）定子机座采用上下分瓣结构，合缝处用螺栓连接，便于安装和检修。定子铁心是由两面刷漆冲片组成，整圆由16片组成，每片有4个螺杆孔，整圆共64个，迭片1／2重叠。机座板与冲片一起迭装后，加压、焊接成型，增加了机座刚度。机座成形后内圆加工，保证圆度。

（2）主极铁心用1．5mm薄钢板迭成，冲片上开有大孔，迭片后插入钢棒，磁极螺栓拧入钢棒中的螺孔，使得把合牢靠、稳固。

（3）主极采用较多的补偿槽，以减少补偿磁势曲线与电枢反应磁势曲线之间的差异，补偿度较高，可有效地消除电枢反应的影响，达到降低最大片间电压，改善换向的目的。补偿槽采用闭口槽形式，可减少补偿齿与电枢槽引起的磁脉动。补偿绕组采用半圆形铜母线，外包绝缘后插入主极铁心，与主极一同进行真空压力浸漆。

（4）换向极铁心用1．5mm薄钢板迭成。换向极铁心铆压后进行真空整浸，铁心刚度好、不变形。

（5）定子主回路连线采用两路并联。补偿绕组连接线与补偿绕组、换向极连接均采用硬钎焊技术。定子主极线圈、换向极线圈和补偿线圈各装有Pt100铂热电阻，可以在控制室随时监控电机绕组温度情况。

（6）电动机定子为可移动式，在电机底板上设计有可供定子机座移动的滑道，维修时可使定子移动，转子暴露便于检修。为防止机座变形，机座下部装有千斤顶支撑机座。

2.2 电枢结构

（1）电枢支架采用星形辐板和盒形支臂结构，整体性好，结构简单，节省材料，通风空间大，抗弯抗剪和机械强度高。辐板与支架毂焊接成一体，支架毂采用合金钢锻制，支架毂壁厚经过严格的计算，保证在转子装配和拆卸油压扩孔过程中，在规定的油压下电枢支架毂可以扩大到要求的数值，同时又不使支架毂产生塑性变形，计算中要分析幅板对支架毂内径扩大的阻碍作用。考虑到电枢铁心与支架热套后的收缩力将引起内孔变形，电枢锥套的内孔在铁心热套后进行加工。

（2）为保证电枢在液压拆装过程中高压油不致泄漏，应充分考虑大端的密封}生，在轮毂的设计中大端的间隙值应比小端的小，一般小端的尺寸偏差采用正公差，大端的尺寸偏差采用负公差，为防止应力集中，在轮毂大端增加一个消除应力的沟槽。

（3）电枢采用斜槽电枢铁心，即斜一个齿距，斜槽可以消除由电枢齿、槽产生的磁通脉动及换向片间电压的脉动，从而减少低速运行时的转速脉动和转矩脉动并降低电机噪声。电枢下线后铁心段和端部绑扎高强度网状无纬带。

（4）电枢铁心由扇形冲片拼成整圆，扇形片槽由数控冲槽机冲制，冲片斜槽是按切向平行位移，迭片后槽壁为两个平行面，冲制时各片要编号，迭装片按编号顺序迭装。电枢铁心带有径向通风沟。电枢迭片后用两排拉紧螺杆拉紧铁心，其中外圆一排拉紧螺杆为绝缘螺杆；靠近冲片内圆一排拉紧螺杆为非绝缘结构。为提高抗扭振与机械强度，紧靠支架筋的两根螺杆，在螺帽下加装钢套，并将钢套牢固地焊在电枢压板上，既起到定位作用又能承受电枢压板与铁心的剪应力。

（5）电枢铁心与电枢支架间，径向采用撑紧垫在铁心加热状态下装入；切向采用斜键在铁心冲片内圆上的凸台两侧打紧，每对斜键打紧后端面与电枢支架焊牢。

（6）换向器采用拱形结构，固定在电枢支架辅板上。换向器梯排采用银铜合金材料，增加换向器的耐磨性能和导电性。为提高升高片固有频率和机械强度，抗疲劳断裂，升高片采用铜．钢一钢结构，并以硬钎焊连接，升高片之间用适形膨涨材料撑紧。

（7）刷杆采用直杆带压制绝缘盘结构，一端固定于座圈上，另一端连接导电环，结构简单、所占位置极小，易于更换电刷、刷握，以及调整维护换向器。

（8）由于直联式矿井提升直流电动机电枢自身不带转轴，因此电枢没有起吊位置，为此特殊设计了吊梁，电枢装配时吊梁插入电枢支架上的专用吊孔内，安装完毕卸下吊梁。

3 电机VPI绝缘

3.1 电机的真空压力浸漆和烘干

浸漆工艺的关键是温度、压力和时间三项决定的工艺参数及VPI设备的工艺性能。真空是为了除去被浸渍工件绝缘物的内部水分和挥发气体，降低工件内部压强；压力是为了使漆在压力下更好的充填浸渍工件绝缘物的毛细空隙；热态浸渍是提高漆的流动『生便于填充和渗透。

3.2 浸漆工艺及固化

被浸漆的工件先在烘炉中预热至70℃再装入浸漆罐中。浸漆罐在热态下，边加热工件边抽真空，当工件温度达到65℃时，真空度在26．3Pa，保持一定时间后，漆温在70℃时进行浸漆，漆面高于工件50mm以上稳定后，分段加压15min左右，压力在0．3MPa；温度达70℃后再稳定一段时间回漆，滴干2h左右后送入烘炉。浸漆后的固化在普通烘炉中烘焙，烘炉的四角放置液态催化剂，蒸发出雾状气体弥漫至整个烘炉空间，使之与浸漆工件表面接触加速固化，以防止浸漆后漆液流失，固化温度在1500C±5℃，经20h左右，电枢线圈绝缘将固化一整体。

4 结语

综上所述，本文主要介绍了直流电机方案的选定方法和过程，电枢支架和电枢铁心的结构特点和优点，电机VPI绝缘技术，锥套联接的结构特点以及装拆方式;简单介绍了定子结构，换向器结构和刷杆座圈结构，以供参考。

参考文献：

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