雷奶華，葉德住，湯紹釗

(寧德出入境檢驗檢疫局，福建福安 355017)

0 引言

電機拆散件指是將整臺電機產(chǎn)品進行拆散、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)電機定子或轉(zhuǎn)子進行配套，在生產(chǎn)中需對定轉(zhuǎn)子進行質(zhì)量把關(guān)。電機的轉(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，有時也用波形繞組，波形繞組常應(yīng)用于直流電機的電樞繞組。

1 轉(zhuǎn)子損耗原理分析

轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(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，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。在進行電機電路原理分析時，通常用靜止的轉(zhuǎn)子來替代旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子進行分析，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)電動勢的頻率在分析電路時，始終保持不變，靜止的等效電路替代轉(zhuǎn)動的電機電路，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。電機負載試驗時，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］。

負載定子銅耗:

式中:I1為負載電流值;Rs為負載試驗時溫度為θs時的電阻值。

空載定子銅耗:

式中:R0為空載時的電阻;I0為空載時的電流。

鐵耗和機械耗之和等于P0':

式中:P0cu1為空載時定子銅耗;P0為空載功率。

而轉(zhuǎn)子銅耗可以用如下式子表達:

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)過檢測或是數(shù)據(jù)分析計算得出。

2 轉(zhuǎn)子檢測流程

2．1 轉(zhuǎn)子檢測工裝

轉(zhuǎn)子檢測安裝示意圖如圖1所示。轉(zhuǎn)子安裝臺可以在X、Y、Z三個方向?qū)崿F(xiàn)進給，被試轉(zhuǎn)子和測功機(即負載電機)之間通過傳感器聯(lián)接，傳感器負責采集轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，變壓器和調(diào)壓器調(diào)節(jié)被試電機的進線電源，調(diào)壓器負責電壓的大小，調(diào)速裝置控制直流電機的進線頻率和轉(zhuǎn)速［3］。在安裝時，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、電機支座固定鎖緊。負載安裝臺采用支架的形式，節(jié)約了材料，這樣設(shè)計的轉(zhuǎn)子安裝工裝，重量輕，簡單易操作。

圖1 轉(zhuǎn)子檢測安裝示意圖

2．2 轉(zhuǎn)子動平衡校正

轉(zhuǎn)子在進行檢測前，通常要進行動平衡校正，以使檢測的結(jié)果能比較準確。國內(nèi)中小企業(yè)通常使用的是手工校正，也就是半自動動平衡校正。采用在動平衡測試機上測量其動不平衡量，然后根據(jù)測試量進行人工鉆或銑削去重的動平衡方法，完成一個轉(zhuǎn)子的動平衡一般常需要重復(fù)4～5次的測試和去重，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)升級靈活，仍被中小企業(yè)廣泛采納。而全自動一體化動平衡校正機雖然平衡精度和生產(chǎn)效率均等較高，但價格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對不同規(guī)格的轉(zhuǎn)子適應(yīng)性差，在國內(nèi)很難推廣［4］。

現(xiàn)在工藝進行轉(zhuǎn)子動平衡采用光電顯示的動平衡機(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)動帶對鐵芯應(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筆做上標記，必要時在軸承擋上加潤滑油。啟動電機使轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)，感應(yīng)器光標對準轉(zhuǎn)子鐵芯外圓標記處，將墊片套入停止時最上端的平衡柱處，反復(fù)幾次直至平衡。在半自動平衡機的操作過程中要根據(jù)被試轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速，選取適當傳動帶長度、大小適合的皮帶輪、以及最合適的電機運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速［5］。

2．3 損耗相關(guān)的數(shù)據(jù)處理

針對轉(zhuǎn)子的剩余損耗，采用取出轉(zhuǎn)子試驗和反轉(zhuǎn)試驗進行確定。取出轉(zhuǎn)子試驗是測定基頻雜散損耗Psf，反轉(zhuǎn)試驗是為了測定高頻雜散損耗Psh'。電機抽去轉(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稱低電壓，試驗從大電流值開始，逐步降低，在1．1～0．5倍額定電流范圍內(nèi)至少測取6點讀數(shù)，每點應(yīng)同時讀取P1、I1、Rt?；l雜散損耗為Psf輸入功率P1減去定子繞組在試驗溫度下的 I2R 損耗［6］，表示為:

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

反轉(zhuǎn)試驗采用測功機反轉(zhuǎn)法，測功機的功率，在與被試電機相同的轉(zhuǎn)速下，應(yīng)不大于被試電機額定功率的15%。采用轉(zhuǎn)矩測量儀時，轉(zhuǎn)矩傳感器標稱轉(zhuǎn)矩應(yīng)不大于被試電機額定轉(zhuǎn)矩的15%。驅(qū)動被試電動機轉(zhuǎn)子，使之與定子旋轉(zhuǎn)磁場相反方向達到同步轉(zhuǎn)速，待試驗機組機械耗穩(wěn)定后，在被試電機的定子繞組上施以額定頻率三相對稱的低電壓，試驗從大電流開始，逐步降低，在1．1～0．5倍額定電流范圍內(nèi)，至少測取 6 點讀數(shù)，每點應(yīng)同時測取 P1、I1、Td、Rt。高頻雜散損耗可用如下式子得出:

式中:Pd表示被試電機軸端輸入功率;Pd0表示在被試電機在I1=0時軸端輸入功率［7］。

2．4 檢測流程

對于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量控制，按圖2的流程圖所示進行檢測，先進行外觀檢查，再做動平衡校正，如果動平衡無法校正的轉(zhuǎn)子，基本上只能進行報廢處理，取出轉(zhuǎn)子試驗是為了測定基頻雜散損耗，反轉(zhuǎn)試驗優(yōu)先采用測功機反轉(zhuǎn)法，也有的時候我們采用異步反轉(zhuǎn)法，異步反轉(zhuǎn)會使被試電機進行電磁制動狀態(tài)，有較大的試驗風險，反轉(zhuǎn)試驗測定出計算用的高頻雜散損耗［7］。空載試驗主要是測定電流和電阻的變化，對于合格區(qū)的比對起到一個參考。不在合格區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)子要進行返工返修處理。

圖2 轉(zhuǎn)子檢測流程圖

3 試驗實例

針對MS系列鋁殼電機轉(zhuǎn)子的檢測，在企業(yè)生產(chǎn)的抽樣中，對于空載試驗和反轉(zhuǎn)試驗，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)子檢測合格區(qū)參數(shù)

選取1個匹配型號MS100L－4的轉(zhuǎn)子，按轉(zhuǎn)子檢測流程進行試驗，先進行轉(zhuǎn)子動平衡，而后進行反轉(zhuǎn)試驗和空載試驗，采集電流、功率、電壓、溫度等，擬合得的電機空載曲線如圖3所示，表2為轉(zhuǎn)子檢測參數(shù)表。

圖3 轉(zhuǎn)子檢測時的空載曲線

表2 轉(zhuǎn)子檢測參數(shù)

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

4 結(jié)語

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

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

［2］ IEC 61972:2002三相籠型感應(yīng)電動機損耗和效率的測定方法［S］．國際電工委員會，2002．

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

［4］ 雷奶華，溫韻光，林紀東．鋁殼電機關(guān)鍵工序檢驗技術(shù)研究［J］．機械研究與應(yīng)用，2014(5):25－27．

［5］ 雷奶華，陳筱鐵，溫韻光，等．單軸承發(fā)電機檢測試驗臺研究［J］．機械與電子，2012(9):47－48．

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

［7］ GB/T1032－2012三相異步電動機試驗方法［S］．中國標準出版社，2012．