雷奶華，葉德住，湯紹釗

(寧德出入境檢驗(yàn)檢疫局，福建福安 355017)

0 引言

電機(jī)拆散件指是將整臺(tái)電機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行拆散、分類包裝的產(chǎn)品。由于生產(chǎn)配套和出口關(guān)稅等原因，很多出口企業(yè)只生產(chǎn)電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子進(jìn)行配套，在生產(chǎn)中需對(duì)定轉(zhuǎn)子進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)。電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分鼠籠型與繞線型兩類，鼠籠型結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，也更為普遍，一般由合金鋁澆注人轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)并由兩端端環(huán)短接而成;繞線型轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，有時(shí)也用波形繞組，波形繞組常應(yīng)用于直流電機(jī)的電樞繞組。

1 轉(zhuǎn)子損耗原理分析

轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包括轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部分，轉(zhuǎn)子鐵芯作為電機(jī)磁路的一部分，并放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子所用材料與定子一樣，通常由0．5 mm厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來(lái)安置轉(zhuǎn)子繞組。在進(jìn)行電機(jī)電路原理分析時(shí)，通常用靜止的轉(zhuǎn)子來(lái)替代旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)子的等效電流和電阻通過靜止的等效電阻分析得出［1］。轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率在分析電路時(shí)，始終保持不變，靜止的等效電路替代轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)電路，替代前后的功率因數(shù)、功率、電流等應(yīng)保持一致，轉(zhuǎn)子的各種損耗應(yīng)保持不變。電機(jī)負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，主要的損耗由5部分組成，分別為定子銅耗Pcu1s、鐵耗PFe、轉(zhuǎn)子銅耗Pcu2s、雜散耗PS以及機(jī)械耗Pfw，與轉(zhuǎn)子有關(guān)的損耗主要是轉(zhuǎn)子銅耗和雜散耗［2］。

負(fù)載定子銅耗:

式中:I1為負(fù)載電流值;Rs為負(fù)載試驗(yàn)時(shí)溫度為θs時(shí)的電阻值。

空載定子銅耗:

式中:R0為空載時(shí)的電阻;I0為空載時(shí)的電流。

鐵耗和機(jī)械耗之和等于P0':

式中:P0cu1為空載時(shí)定子銅耗;P0為空載功率。

而轉(zhuǎn)子銅耗可以用如下式子表達(dá):

式中:ss為規(guī)定溫度下的轉(zhuǎn)差率;PFe為鐵耗;P1、P2分別為輸出、輸入功率。

綜上，轉(zhuǎn)子銅耗可通過式(1)～(4)進(jìn)行求取，電壓、功率、電流、電阻、轉(zhuǎn)速、和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)經(jīng)過檢測(cè)或是數(shù)據(jù)分析計(jì)算得出。

2 轉(zhuǎn)子檢測(cè)流程

2．1 轉(zhuǎn)子檢測(cè)工裝

轉(zhuǎn)子檢測(cè)安裝示意圖如圖1所示。轉(zhuǎn)子安裝臺(tái)可以在X、Y、Z三個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)進(jìn)給，被試轉(zhuǎn)子和測(cè)功機(jī)(即負(fù)載電機(jī))之間通過傳感器聯(lián)接，傳感器負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，變壓器和調(diào)壓器調(diào)節(jié)被試電機(jī)的進(jìn)線電源，調(diào)壓器負(fù)責(zé)電壓的大小，調(diào)速裝置控制直流電機(jī)的進(jìn)線頻率和轉(zhuǎn)速［3］。在安裝時(shí)，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸裝到兩側(cè)軸承座上，將鎖緊螺釘全部鎖緊，調(diào)試好軸承座底部的位置，將軸承座底部、電機(jī)支座固定鎖緊。負(fù)載安裝臺(tái)采用支架的形式，節(jié)約了材料，這樣設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子安裝工裝，重量輕，簡(jiǎn)單易操作。

圖1 轉(zhuǎn)子檢測(cè)安裝示意圖

2．2 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校正

轉(zhuǎn)子在進(jìn)行檢測(cè)前，通常要進(jìn)行動(dòng)平衡校正，以使檢測(cè)的結(jié)果能比較準(zhǔn)確。國(guó)內(nèi)中小企業(yè)通常使用的是手工校正，也就是半自動(dòng)動(dòng)平衡校正。采用在動(dòng)平衡測(cè)試機(jī)上測(cè)量其動(dòng)不平衡量，然后根據(jù)測(cè)試量進(jìn)行人工鉆或銑削去重的動(dòng)平衡方法，完成一個(gè)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡一般常需要重復(fù)4～5次的測(cè)試和去重，生產(chǎn)效率一般，平衡精度也不太高，但是由于資本投入少，技術(shù)升級(jí)靈活，仍被中小企業(yè)廣泛采納。而全自動(dòng)一體化動(dòng)平衡校正機(jī)雖然平衡精度和生產(chǎn)效率均等較高，但價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)不同規(guī)格的轉(zhuǎn)子適應(yīng)性差，在國(guó)內(nèi)很難推廣［4］。

現(xiàn)在工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡采用光電顯示的動(dòng)平衡機(jī)(手工校正)，將平衡的轉(zhuǎn)子輕放在搖擺架的V型支架上，轉(zhuǎn)動(dòng)帶對(duì)鐵芯應(yīng)垂直向下，不許有偏斜。將套環(huán)套在被平衡轉(zhuǎn)子的軸伸處，在轉(zhuǎn)子鐵芯外圓用粉筆或是記號(hào)筆做上標(biāo)記，必要時(shí)在軸承擋上加潤(rùn)滑油。啟動(dòng)電機(jī)使轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)，感應(yīng)器光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子鐵芯外圓標(biāo)記處，將墊片套入停止時(shí)最上端的平衡柱處，反復(fù)幾次直至平衡。在半自動(dòng)平衡機(jī)的操作過程中要根據(jù)被試轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速，選取適當(dāng)傳動(dòng)帶長(zhǎng)度、大小適合的皮帶輪、以及最合適的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速［5］。

2．3 損耗相關(guān)的數(shù)據(jù)處理

針對(duì)轉(zhuǎn)子的剩余損耗，采用取出轉(zhuǎn)子試驗(yàn)和反轉(zhuǎn)試驗(yàn)進(jìn)行確定。取出轉(zhuǎn)子試驗(yàn)是測(cè)定基頻雜散損耗Psf，反轉(zhuǎn)試驗(yàn)是為了測(cè)定高頻雜散損耗Psh'。電機(jī)抽去轉(zhuǎn)子，可能感應(yīng)電流的端蓋及其他結(jié)構(gòu)件應(yīng)就位，定子繞組施以額定頻率的對(duì)稱低電壓，試驗(yàn)從大電流值開始，逐步降低，在1．1～0．5倍額定電流范圍內(nèi)至少測(cè)取6點(diǎn)讀數(shù)，每點(diǎn)應(yīng)同時(shí)讀取P1、I1、Rt。基頻雜散損耗為Psf輸入功率P1減去定子繞組在試驗(yàn)溫度下的 I2R 損耗［6］，表示為:

式中:P1、I1為輸入的功率和電流;Rt為試驗(yàn)溫度下繞組端電阻，單位為歐姆。

反轉(zhuǎn)試驗(yàn)采用測(cè)功機(jī)反轉(zhuǎn)法，測(cè)功機(jī)的功率，在與被試電機(jī)相同的轉(zhuǎn)速下，應(yīng)不大于被試電機(jī)額定功率的15%。采用轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩應(yīng)不大于被試電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的15%。驅(qū)動(dòng)被試電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，使之與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反方向達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，待試驗(yàn)機(jī)組機(jī)械耗穩(wěn)定后，在被試電機(jī)的定子繞組上施以額定頻率三相對(duì)稱的低電壓，試驗(yàn)從大電流開始，逐步降低，在1．1～0．5倍額定電流范圍內(nèi)，至少測(cè)取 6 點(diǎn)讀數(shù)，每點(diǎn)應(yīng)同時(shí)測(cè)取 P1、I1、Td、Rt。高頻雜散損耗可用如下式子得出:

式中:Pd表示被試電機(jī)軸端輸入功率;Pd0表示在被試電機(jī)在I1=0時(shí)軸端輸入功率［7］。

2．4 檢測(cè)流程

對(duì)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量控制，按圖2的流程圖所示進(jìn)行檢測(cè)，先進(jìn)行外觀檢查，再做動(dòng)平衡校正，如果動(dòng)平衡無(wú)法校正的轉(zhuǎn)子，基本上只能進(jìn)行報(bào)廢處理，取出轉(zhuǎn)子試驗(yàn)是為了測(cè)定基頻雜散損耗，反轉(zhuǎn)試驗(yàn)優(yōu)先采用測(cè)功機(jī)反轉(zhuǎn)法，也有的時(shí)候我們采用異步反轉(zhuǎn)法，異步反轉(zhuǎn)會(huì)使被試電機(jī)進(jìn)行電磁制動(dòng)狀態(tài)，有較大的試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，反轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定出計(jì)算用的高頻雜散損耗［7］?？蛰d試驗(yàn)主要是測(cè)定電流和電阻的變化，對(duì)于合格區(qū)的比對(duì)起到一個(gè)參考。不在合格區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)子要進(jìn)行返工返修處理。

圖2 轉(zhuǎn)子檢測(cè)流程圖

3 試驗(yàn)實(shí)例

針對(duì)MS系列鋁殼電機(jī)轉(zhuǎn)子的檢測(cè)，在企業(yè)生產(chǎn)的抽樣中，對(duì)于空載試驗(yàn)和反轉(zhuǎn)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子規(guī)格在80～112之間，推薦的合格區(qū)如表1所列。

表1 轉(zhuǎn)子檢測(cè)合格區(qū)參數(shù)

選取1個(gè)匹配型號(hào)MS100L－4的轉(zhuǎn)子，按轉(zhuǎn)子檢測(cè)流程進(jìn)行試驗(yàn)，先進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，而后進(jìn)行反轉(zhuǎn)試驗(yàn)和空載試驗(yàn)，采集電流、功率、電壓、溫度等，擬合得的電機(jī)空載曲線如圖3所示，表2為轉(zhuǎn)子檢測(cè)參數(shù)表。

圖3 轉(zhuǎn)子檢測(cè)時(shí)的空載曲線

表2 轉(zhuǎn)子檢測(cè)參數(shù)

表2中，Uo為空載電機(jī)，Un為額定電壓，Po為空載電流，Io為空載功率，定子銅耗為Pocu1，Po'為鐵耗和機(jī)械耗之和，從檢測(cè)曲線上可以得出定子銅耗約為60 W左右。轉(zhuǎn)子檢測(cè)具體參數(shù)如表2所列，檢測(cè)出的空載電流為Io=2．30 A，空載功率為Po=149．0W，最終轉(zhuǎn)子銅耗為25．5W，對(duì)照表1的MS系列電機(jī)定子合格區(qū)，其結(jié)果在合格區(qū)范圍內(nèi)。因此，采用圖2流程的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)子檢測(cè)的方法具有一定的可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)部分電機(jī)工廠中不進(jìn)行整機(jī)生產(chǎn)，只生產(chǎn)做配套的轉(zhuǎn)子，采用損耗分析的方法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)。在檢測(cè)前，轉(zhuǎn)子一定要先進(jìn)行動(dòng)平衡校正，對(duì)于每一個(gè)轉(zhuǎn)子不用都進(jìn)行反轉(zhuǎn)試驗(yàn)，選擇抽批檢測(cè)即可，抽取的方案由企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)的數(shù)量和批次決定。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，廠家可以結(jié)合轉(zhuǎn)子的形狀對(duì)安裝工裝的高度和寬度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于抽批的檢測(cè)應(yīng)嚴(yán)格按流程進(jìn)行，以保證轉(zhuǎn)子質(zhì)量。

［1］ 黨存祿，周超英，張曉英．異步電機(jī)等效電路的簡(jiǎn)明推導(dǎo)及分析［J］．微電機(jī)，2011，44(2):89－91．

［2］ IEC 61972:2002三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)損耗和效率的測(cè)定方法［S］．國(guó)際電工委員會(huì)，2002．

［3］ 雷奶華，溫韻光，湯紹釗，等．電機(jī)拆散件中定子鐵芯測(cè)試技術(shù)研究［J］．機(jī)械與電子，2014(11):21－24．

［4］ 雷奶華，溫韻光，林紀(jì)東．鋁殼電機(jī)關(guān)鍵工序檢驗(yàn)技術(shù)研究［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2014(5):25－27．

［5］ 雷奶華，陳筱鐵，溫韻光，等．單軸承發(fā)電機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)研究［J］．機(jī)械與電子，2012(9):47－48．

［6］ 王益全，張炳義．電機(jī)測(cè)試技術(shù)［M］．北京:科學(xué)出版社，2004．

［7］ GB/T1032－2012三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法［S］．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012．