(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253002)

0 引言

三相異步電動(dòng)機(jī)(以下簡稱電機(jī))空載運(yùn)行時(shí)，定子三相繞組中所通過的電流即為電機(jī)的空載電流，絕大部分的空載電流用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，稱為空載激磁電流，是空載電流的無功分量，約占電機(jī)空載電流的90%左右，其大小變化影響電機(jī)的功率因數(shù)。剩余的一小部分空載電流用于產(chǎn)生電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)功率損耗(如摩擦損耗、通風(fēng)損耗和鐵心損耗等)，是空載電流的有功分量，其值的大小影響電機(jī)的效率高低。

對于一臺(tái)設(shè)計(jì)定型的電機(jī)，空載電流應(yīng)該在規(guī)定的范圍內(nèi)，如果空載電流增大，將降低電機(jī)效率，引起負(fù)載能力的下降，嚴(yán)重的會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱，溫升升高，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。因此，電機(jī)空載電流和空載損耗測試是每臺(tái)電機(jī)出廠試驗(yàn)的重要項(xiàng)目之一，是作為判定電機(jī)效率和功率因數(shù)合格與否的依據(jù)，同時(shí)也是檢查電機(jī)氣隙、繞組參數(shù)和鐵心質(zhì)量的有效手段。

1 電動(dòng)機(jī)空載電流大的原因分析

對于批量生產(chǎn)的電機(jī)，由于其使用的原材料質(zhì)量的不穩(wěn)定性，生產(chǎn)工藝的波動(dòng)性，裝配質(zhì)量的差異性等諸多因素的影響，使得電機(jī)的空載電流會(huì)出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，為保證出廠電機(jī)的效率和功率因數(shù)這兩項(xiàng)性能指標(biāo)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定，電機(jī)的空載電流作為電機(jī)出廠試驗(yàn)的一項(xiàng)重要測試參數(shù)，應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)。

電機(jī)空載電流偏大的主要原因有以下8個(gè)方面。

(1) 電源電壓偏高。

電機(jī)輸入的電源電壓高于額定值時(shí)，鐵心中的磁通增多，磁阻將增大。當(dāng)電機(jī)電源電壓高到一定程度時(shí)造成鐵心磁密飽和，導(dǎo)致電機(jī)空載電流過大。

(2) 電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活或者掃膛，造成電機(jī)機(jī)械損耗增加。

如果電機(jī)配合尺寸誤差過大或裝配不當(dāng)，尤其是對于長期未使用的電機(jī)，軸承存在銹蝕現(xiàn)象，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活或轉(zhuǎn)子掃膛，機(jī)械損耗增加，從而使電機(jī)空載電流偏大。

(3) 接線錯(cuò)誤。

電機(jī)接線錯(cuò)誤分以下幾種情況

① 星形接線的電機(jī)誤接成三角形接線，使得電機(jī)相電壓增加，空載電流增大。

② 電機(jī)的并聯(lián)路數(shù)比設(shè)計(jì)值多，比如本該一路串聯(lián)的接成了兩路并聯(lián)。使電機(jī)的有效匝數(shù)減少。導(dǎo)致空載電流變大。

③ 極相組線圈之間的連線頭尾接反，造成個(gè)別相有效串聯(lián)匝數(shù)減少，空載電流增大。

(4) 定、轉(zhuǎn)子鐵心錯(cuò)位。

電機(jī)定子壓裝尺寸或轉(zhuǎn)子穿軸尺寸錯(cuò)誤、兩者正負(fù)公差積累嚴(yán)重，造成電機(jī)裝配后定、轉(zhuǎn)子鐵心錯(cuò)位嚴(yán)重，使得鐵心的有效長度減小，從而使勵(lì)磁電流增加。

(5) 定子繞組匝數(shù)少于設(shè)計(jì)值。

(6) 定、轉(zhuǎn)子氣隙增加。

在轉(zhuǎn)子外圓加工時(shí)將轉(zhuǎn)子外徑車小，使電機(jī)氣隙變大，或者長期運(yùn)行的電機(jī)軸承磨損嚴(yán)重，造成電機(jī)氣隙不均勻，導(dǎo)致電機(jī)空載電流變大甚至不平衡。

(7) 鐵心長度達(dá)不到設(shè)計(jì)值要求，使電機(jī)勵(lì)磁電流增加。

(8) 鐵心質(zhì)量差。

鐵心質(zhì)量不良包括以下5個(gè)方面。

① 鐵心疊壓時(shí)壓力小，鐵心疊壓系數(shù)降低，鐵心松動(dòng)，致使鐵心實(shí)際有效長度不夠。

② 鐵心疊壓時(shí)壓力過大，導(dǎo)致片間絕緣損壞，鐵心渦流損耗增加。

③ 沖片毛刺大，導(dǎo)致疊壓系數(shù)降低，鐵心實(shí)際有效長度不夠。

④ 硅鋼片腐蝕、老化造成磁場強(qiáng)度減弱或片間絕緣損壞，鐵心內(nèi)渦流損耗增加。

⑤ 硅鋼片質(zhì)量差，無論是硅鋼片牌號(hào)不符合要求，以次充好，或者修理時(shí)認(rèn)為損壞。還是硅鋼片絕緣性能差，都將導(dǎo)致鐵心內(nèi)渦流損耗增加。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如遇到電動(dòng)機(jī)空載電流超出控制范圍時(shí)，應(yīng)根據(jù)以上情況從簡到繁逐一排查。

2 案例分析及原因分析

我公司連續(xù)生產(chǎn)了三批出口電機(jī)，出廠試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)空載電流值出現(xiàn)批量偏大現(xiàn)象，其中第一批YE2-112M-4電機(jī)10臺(tái)，全部超出公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)范圍上限，平均超出14.27%，最大超出17.98%；第二批YE2-112M-4電機(jī)60臺(tái)，有21臺(tái)空載電流超出上限，平均超出13.47%，最大超出18.45%；第三批YE2-132M-4電機(jī)40臺(tái)，有22臺(tái)空載電流超標(biāo)，最大超12.36%。

2.1 故障原因

問題出現(xiàn)后，首先檢查測試設(shè)備，排除電源電壓偏高問題，隨后對這三批電機(jī)逐臺(tái)進(jìn)行了以下各項(xiàng)檢查。

(1) 用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無卡頓、阻滯現(xiàn)象，無定、轉(zhuǎn)子掃膛情況，排除電機(jī)配合尺寸和裝配質(zhì)量問題。

(2) 檢查電機(jī)的接法，符合圖紙規(guī)定，不存在接法錯(cuò)誤的情況。

(3) 目測并測量定、轉(zhuǎn)子鐵心的相對位置，無明顯錯(cuò)位現(xiàn)象存在。

(4) 測量定、轉(zhuǎn)子鐵心長度，均符合圖紙尺寸規(guī)定。

(5) 查詢線圈繞制和測試記錄，匝數(shù)和線規(guī)全部符合圖紙規(guī)定。為進(jìn)一步證明線圈數(shù)據(jù)的正確性及是否存在內(nèi)部接線錯(cuò)誤，兩個(gè)型號(hào)電機(jī)各拿出兩臺(tái)對內(nèi)部接線進(jìn)行檢查并將線圈剔除，對線圈匝數(shù)和線規(guī)進(jìn)行核對和測量，全部符合圖紙規(guī)定，排除了線圈數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和內(nèi)部接線錯(cuò)誤的可能。

(6) 測量轉(zhuǎn)子鐵心外徑，符合圖紙規(guī)定，排除因轉(zhuǎn)子外圓加工造成氣隙變大的因素。

(7) 檢查鐵心質(zhì)量，無銹蝕，缺邊，翹齒和變形情況。

根據(jù)以上各項(xiàng)檢查和檢測結(jié)果，初步懷疑造成這三批電機(jī)空載電流批量偏大的主要原因可能是電機(jī)鐵心存在質(zhì)量問題。

2.2 測試數(shù)據(jù)的對比分析

在第二批60臺(tái)YE2-112M-4電機(jī)出現(xiàn)問題的同時(shí)，我公司又生產(chǎn)了一批YE2-112M-4國內(nèi)銷售的電機(jī)20臺(tái)，出廠試驗(yàn)測試，空載電流全部在公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，無一超標(biāo)。鑒于這種情況，我們對出口電機(jī)和內(nèi)銷電機(jī)做了對比，發(fā)現(xiàn)兩者的唯一區(qū)別就是鐵心的來源不同，出口電機(jī)是外購鐵心，內(nèi)銷電機(jī)是自制鐵心，因此，為了驗(yàn)證鐵心質(zhì)量，我們采取下如下措施。

(1) 將出口電機(jī)中的兩臺(tái)YE2-112M-4電機(jī)換成自制鐵心，其他零部件不變，重新裝配試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。隨后將其他出口電機(jī)的鐵心全部更換成自制鐵心，出廠試驗(yàn)全部合格。

(2) 將YE2-112M-4和YE2-132M-4兩種規(guī)格電機(jī)分別按外購鐵心和自制鐵心各一臺(tái)進(jìn)行型式試驗(yàn)，為排除干擾因素，電機(jī)試驗(yàn)時(shí)不裝風(fēng)扇和風(fēng)罩，從試驗(yàn)所測得的空載電流和空載損耗數(shù)據(jù)來看，外購鐵心的電機(jī)都高于自制鐵心的電機(jī)。

(3) 對YE2-112M-4型號(hào)電機(jī)的外購鐵心和自制鐵心各兩件分別進(jìn)行了長度測量和重量稱重，結(jié)果顯示，兩種鐵心的長度符合規(guī)定尺寸，重量也基本一致，因此可以判定，外購鐵心和自制鐵心的疊壓系數(shù)基本一致，應(yīng)該不存在鐵心疊壓問題。

2.3 解決措施

電機(jī)的空載電流主要是由空載損耗所產(chǎn)生，與電機(jī)空載損耗成正比?？蛰d損耗主要包括鐵心損耗和機(jī)械損耗，鐵心損耗是指鐵心在交變磁場下磁化時(shí)所消耗的無效電能，簡稱鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗是由于鐵心在交變磁化時(shí)所引起的能量消耗，與材料的成分和晶粒的大小有關(guān)，可用磁滯回線的面積來表示；渦流損耗是由于鐵心交變磁化時(shí)產(chǎn)生的渦流而引起的電阻損耗，與材料本身的電阻率和厚度有關(guān)。鐵損作為考核硅鋼板的性能指標(biāo)，是劃分硅鋼片牌號(hào)的重要依據(jù)。

通過以上原因查找和測試數(shù)據(jù)的對比分析，最終我們判定造成這三批電機(jī)空載電流偏大的根本原因是外購鐵心質(zhì)量存在問題，而造成鐵心質(zhì)量差的原因應(yīng)該是沖片材質(zhì)不良，沖片材質(zhì)的牌號(hào)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。我們將試驗(yàn)結(jié)果和分析報(bào)告及判定結(jié)論通報(bào)給供貨方，經(jīng)查驗(yàn)，確定是因?yàn)殍F心質(zhì)量而產(chǎn)生的故障，并對其進(jìn)行了重新生產(chǎn)。

3 結(jié)語

由于絕大部分電機(jī)制造商無法對硅鋼片進(jìn)行性能檢測，而且因沖片材質(zhì)問題引起空載電流偏大的情況也比較少見，一旦電機(jī)出現(xiàn)空載電流偏大的情況，很少有人把重點(diǎn)放在沖片質(zhì)量問題上來考慮，因此，本文對空載電流偏大的原因總結(jié)和案例分析判定，對識(shí)別和處理類似問題都具有較好的理論依據(jù)和參考價(jià)值。