劉賢義 陸林青 湯石青

（珠海凌達(dá)壓縮機(jī)有限公司 珠海 519070）

引言

我廠車間鑄鋁轉(zhuǎn)子的產(chǎn)量很大，生產(chǎn)工藝較多，目前對(duì)于成品轉(zhuǎn)子質(zhì)量的檢驗(yàn)工序只有轉(zhuǎn)子斷條檢測(cè)儀。目前我廠沖壓車間轉(zhuǎn)子檢測(cè)經(jīng)常有因?yàn)楦袘?yīng)總值偏低而被判不合格的情況，需要對(duì)轉(zhuǎn)子斷條檢測(cè)設(shè)備的原理，檢測(cè)結(jié)果做分析。

1 斷條檢測(cè)設(shè)備的原理

我公司現(xiàn)在的轉(zhuǎn)子測(cè)試機(jī)是采用電感測(cè)量法，電感測(cè)量法在測(cè)量時(shí)不需要使用定子，首先傳感器是由一個(gè)有一處2 mm開口的環(huán)形鐵芯,以及鐵芯內(nèi)的永磁體和纏繞在鐵芯上的一組線圈組成,永磁體在環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生衡定磁場(chǎng)。被測(cè)轉(zhuǎn)子以預(yù)定恒速接近傳感器磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)接近轉(zhuǎn)子外周，足以使轉(zhuǎn)子鋁條穿過磁場(chǎng)，鋁條穿過磁場(chǎng)時(shí)，鋁條中電感出電壓。產(chǎn)生的電流流過短路端環(huán)，使鋁條中產(chǎn)生渦流，這些交流電反過來又在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生自身的磁場(chǎng)，并使傳感器中的線圈感應(yīng)出交流信號(hào)，每當(dāng)一條轉(zhuǎn)子鋁條穿過磁場(chǎng)時(shí)，傳感器線圈就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正弦波形，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周后，完成了一次完整的測(cè)量。

對(duì)于毫無缺陷的轉(zhuǎn)子，能產(chǎn)生幾乎完美的正弦波形，理論上來說，完美的轉(zhuǎn)子就會(huì)產(chǎn)生完美的正弦波形。無缺陷的轉(zhuǎn)子能使轉(zhuǎn)子中每個(gè)鋁條都產(chǎn)生相同的曲線，這就有可能用不同的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)定每個(gè)周期波形的差異程度，從而來判定轉(zhuǎn)子質(zhì)量，可接受的變異量用工藝能力分析法來決定。

斷條測(cè)試機(jī)測(cè)試轉(zhuǎn)子時(shí)的磁力線分布圖，如圖1。

2 斷條檢測(cè)機(jī)的檢測(cè)項(xiàng)目（圖2）

我廠斷條檢測(cè)機(jī)只檢測(cè)以下3項(xiàng)，梯度不做檢測(cè)：

1）鋁條數(shù)：檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子是否存在斷條。

2）最小波幅、最大波幅：檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子單個(gè)鋁條的鑄鋁情況，是否飽滿。

3）感應(yīng)總值：為轉(zhuǎn)子感應(yīng)波形的積分值，反映轉(zhuǎn)子的總體情況。

3 轉(zhuǎn)子斷條仿真

模型：轉(zhuǎn)子33導(dǎo)條，將2相鄰的導(dǎo)條材料設(shè)置為空氣，等效為該2槽為轉(zhuǎn)子斷條。

計(jì)算條件：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1周，轉(zhuǎn)速設(shè)置為800 rpm，每根導(dǎo)條計(jì)算50個(gè)點(diǎn)，線圈匝數(shù)為900匝。

計(jì)算結(jié)論：查看線圈感應(yīng)電壓波形，原本應(yīng)該有33個(gè)波峰，由于有2斷條線圈感應(yīng)波形只有31個(gè)波峰，可以模擬出轉(zhuǎn)子斷條的情況，證明斷條測(cè)試設(shè)備斷條檢測(cè)的可靠性是有理論依據(jù)的。

4 感應(yīng)總值仿真

1）模擬鑄鋁轉(zhuǎn)子所有部位都有氣孔，模型可以等效為轉(zhuǎn)子鋁材料的電導(dǎo)率差異,分別計(jì)算如表1。

鋁電導(dǎo)率為30 000 000 siemens/m時(shí)的線圈感應(yīng)波形如下，感應(yīng)總值的有效值為49.92 mv。

2）模擬鑄鋁轉(zhuǎn)子端環(huán)存在較大氣孔，模型可以等效為轉(zhuǎn)子端部電阻、電抗不同，分別計(jì)算如表2。

3）模擬鑄鋁轉(zhuǎn)子某些導(dǎo)條有氣孔，轉(zhuǎn)子分別設(shè)置3種小于正常、不同電導(dǎo)率的導(dǎo)條，每種電導(dǎo)率5個(gè)導(dǎo)條。

圖1 斷條測(cè)試機(jī)測(cè)試轉(zhuǎn)子時(shí)的磁力線分布圖

圖2 斷條檢測(cè)機(jī)的檢測(cè)項(xiàng)目

圖3 轉(zhuǎn)子鼠籠存在2斷條的感應(yīng)波形仿真結(jié)果

轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電導(dǎo)率如圖6。

電導(dǎo)率越小的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，線圈的感應(yīng)電壓幅值也越?。ǚ抡娉鰜淼母袘?yīng)波形前面1～3個(gè)有失真不參考）如圖7。

4）感應(yīng)值仿真總結(jié)

從以上2點(diǎn)可以認(rèn)為感應(yīng)值高的轉(zhuǎn)子應(yīng)該是比較好的轉(zhuǎn)子，總值高轉(zhuǎn)子的效率也是高的，斷條檢測(cè)感應(yīng)總值項(xiàng)還有依據(jù)、有參考價(jià)值的。

表1 轉(zhuǎn)子電導(dǎo)率差異仿真計(jì)算感應(yīng)波形值、計(jì)算電機(jī)效率結(jié)果

圖4 轉(zhuǎn)子鋁電導(dǎo)率為30 000 000 siemens/m感應(yīng)波形仿真結(jié)果

圖5 轉(zhuǎn)子鋁條電導(dǎo)率設(shè)置不同

但是也可以看出轉(zhuǎn)子差異很大的情況下，斷條測(cè)試感應(yīng)總值項(xiàng)的差異卻不是很大。

表2 鑄鋁轉(zhuǎn)子端環(huán)厚度不同時(shí)仿真計(jì)算感應(yīng)波形值、計(jì)算電機(jī)效率結(jié)果

圖6 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電導(dǎo)率

5 設(shè)備對(duì)感應(yīng)總值的影響

1）斷條設(shè)備鐵芯與轉(zhuǎn)子間距的影響

車間設(shè)備實(shí)際的間距是沒有確定的，根據(jù)轉(zhuǎn)子標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)定，仿真計(jì)算不同間距感應(yīng)值情況如表3。

2）設(shè)備鐵芯開口與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的角度卻影響感應(yīng)總值很大，設(shè)備鐵芯開口與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條平行時(shí)感應(yīng)值最大，偏差幾度感應(yīng)值會(huì)小很多。

3）設(shè)備鐵芯有開口2 mm的間隙，車間設(shè)備經(jīng)常開口中堆滿了鐵屑，這個(gè)會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，會(huì)減少經(jīng)過轉(zhuǎn)子鐵芯的漏磁使得感應(yīng)值偏小。

4）斷條測(cè)試設(shè)備每次測(cè)試的震動(dòng)較大，這個(gè)震動(dòng)很容易改變?cè)O(shè)備鐵芯與轉(zhuǎn)子的間距，設(shè)備鐵芯開口與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的角度。這個(gè)影響很容易把轉(zhuǎn)子鑄鋁的差異覆蓋掉，這應(yīng)該是一個(gè)轉(zhuǎn)子測(cè)試幾遍感應(yīng)值還不一樣的主要原因。

6 仿真總結(jié)

1）斷條設(shè)備對(duì)于檢測(cè)轉(zhuǎn)子斷條的質(zhì)量異常是很明顯的，可以很有效的保證斷條轉(zhuǎn)子不流入后續(xù)生產(chǎn)。

2）對(duì)于轉(zhuǎn)子鑄鋁氣孔、鋁液雜質(zhì)含量高等轉(zhuǎn)子鼠籠質(zhì)量影響轉(zhuǎn)子質(zhì)量的問題，斷條檢測(cè)不明顯，很可能檢測(cè)不出來差異。

3）設(shè)備的不穩(wěn)定可以影響轉(zhuǎn)子感應(yīng)值項(xiàng)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性很大，生產(chǎn)中測(cè)試經(jīng)常有不合格的轉(zhuǎn)子，過段時(shí)間復(fù)測(cè)又合格很可能是這個(gè)原因。

4）對(duì)于轉(zhuǎn)子鼠籠質(zhì)量影響轉(zhuǎn)子質(zhì)量的問題，斷條檢測(cè)不明顯，可能需要尋找其他的轉(zhuǎn)子質(zhì)量檢測(cè)方法，比如：轉(zhuǎn)子電阻測(cè)試方法，對(duì)于鑄鋁正常、有缺陷的轉(zhuǎn)子應(yīng)該可以有很好的區(qū)分。

7 本次仿真的不足

我們計(jì)算出來的感應(yīng)電壓的值比現(xiàn)場(chǎng)的高很多（現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)總結(jié)基本2 mV左右），計(jì)算時(shí)轉(zhuǎn)子速度給的800轉(zhuǎn)/分鐘，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)設(shè)備是三相4極的感應(yīng)電機(jī)，電頻率30 Hz，同步轉(zhuǎn)速應(yīng)該是900 r/min。仿真采用這個(gè)轉(zhuǎn)速應(yīng)該沒有影響，影響能有以下原因

1）采用的二維模型計(jì)算，所有部件尺寸高度都只能用1個(gè)，計(jì)算都是用的90 mm疊高（包括轉(zhuǎn)子、設(shè)備鐵芯、永磁體）。

圖7 轉(zhuǎn)子鋁條電導(dǎo)率設(shè)置不同仿真計(jì)算感應(yīng)電壓波形

圖8 仿真設(shè)備、轉(zhuǎn)子局部放大

表3 設(shè)備、轉(zhuǎn)子間距不同仿真感應(yīng)波形值

2）計(jì)算用的永磁體磁性很強(qiáng)的釹鐵硼38SH牌號(hào)，磁性應(yīng)該比現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)很多，實(shí)際的永磁體尺寸也只是個(gè)45*45*鐵芯寬的一個(gè)磁鐵，不知道具體牌號(hào)。

3）計(jì)算是把轉(zhuǎn)子與設(shè)備鐵芯的距離設(shè)為1 mm,計(jì)算時(shí)這個(gè)距離越小感應(yīng)電壓是越大的。

8 結(jié)論

通過仿真分析可以得知，造成斷條檢測(cè)誤判的原因主要有以下兩種：

1）檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，運(yùn)行時(shí)震動(dòng)較大導(dǎo)致同一轉(zhuǎn)子多次測(cè)試結(jié)果不同；

2）檢測(cè)設(shè)備保養(yǎng)不當(dāng)。解決“斷條檢測(cè)誤判”的問題，需要改善檢測(cè)設(shè)備的波動(dòng)，保證測(cè)試時(shí)設(shè)備與鐵芯固定在相同位置。

同時(shí)，轉(zhuǎn)子質(zhì)量異常不單只是斷條造成，而斷條檢測(cè)設(shè)備無法檢測(cè)其他導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量異常的因素，因此還需要增加其他轉(zhuǎn)子質(zhì)量檢測(cè)方法，工藝上增加相應(yīng)的檢測(cè)工序，用于篩選出質(zhì)量更好的轉(zhuǎn)子。