三相异步电动机在检验中,时常发现产品试制鉴定时样品的性能指标符合图纸和产品要求,但在生产时不同厂家或同一厂家,不同批次的产品性能却波动很大,经分析是冲片及铁心的设计制造质量不稳定所致。本文所阐述的是一些对性能有影响,在设计制造中均难以发现的潜在隐患性问题。
1 引言

在多年产品抽检时常发现,三相异步电动机(以下简称电机)按同一产品标准,同一电磁设计即同一规格的电机当生产厂家不同或同一厂家不同批次的各电机产品之间其效率、功率因数、空载电流和温升、振动、噪声等均有较大的差别,因此出现了型式试验合格的定型产品在抽检时测得的数据与型式试验时的数据差异较大,有时甚至超差,不合格。设计人员因型式试验合格后在设计上未作丝毫地改动而对此也无所适从,百思不得其解。经过查阅有关资料及对不同厂家、不同批次的产品试验结果进行深入地分析,笔者认为是冲片、铁心质量的缘故。

2 冲片对电机性能的影响

冲片尺寸由设计给定。以下探讨在设计不变的情况下,制造中对质量影响的因素。
2.1 硅钢片的损耗、导磁性能

不同厂家及同一厂家不同批号的硅钢片导磁,比损耗性能不是完全相同的,尽管有标准的规定值,但它们是在一定范围内波动的。如果波动的幅度比较大,或者硅钢片本身的材质不符合要求,则这样的硅钢片用到电机上,就会使电机性能受到较大的影响,尤其是对于中大型电机,铁耗占损耗的比重较大,对性能的影响(主要是温升、功率因数)也就比较明显。这是从电磁设计上难以查觉的隐患。

2.2 硅钢片模具超差
硅钢片的模具,如槽冲模、脱离模,在使用过程中凸模与凹模间的间隙逐渐增加。有的厂家在模具超差的情况下还对付着生产,则带来的后患是:冲片毛刺明显增大。毛刺一大,铁损耗及空载电流都要增加,导致电机温升增高,功率因数下降,效率也要降低。
2.3 硅钢片片间绝缘
硅钢片间绝缘可以抑制铁心中的涡流,继而降低由此而产生的涡流损耗(它被计入到铁损耗之中)。片间的绝缘层由以下三种方式形成:
(1)冷轧硅钢片自带的漆膜构成的片间绝缘;
(2)电机制造厂在无漆膜的冲片上涂绝缘漆;
(3)在电机制造厂对冲片进行氧化处理形成绝缘层。
无论哪一种方式,若达不到要求,铁损耗就要增加。在上列三种方式中,第(3)种比较好,除形成绝缘层外,在加温时,又能“烧”掉些冲制过程中产生的毛刺,并将冲制过程中产生的内应力也消除一部分。因此,与(1)、(2)相比,铁损耗较小,功率因数也略高。但若氧化时,冲片摞得太厚,氧化效果不好,其优越性则要大打折扣,这也应该算作一个隐患因素。
2.4 铸铝转子的冲片槽形要顾及浇注的工艺性
Y系列电机统一设计时,为改善电机的起动性能设计了一种“刀”形槽。若该种槽形的上部过窄,则浇注时容易产生细条现象,这会使转子局部过热。这些热量有很大一部分要通过定子散出去。因此,定子也要热,则电机的温升也要“无缘”地增加,因为铸铝转子细条的质量问题不太容易被查觉到。
3 铁心
3.1 定子铁心
3.1.1 铁心叠压松紧的影响
有时,在铁心叠压时,因片数不太够,但缺的并不多,操作者为了保证铁心长度的尺寸符合图纸,往往将铁心压的较松。其危害是:除因铁损耗、空载电流增加而使电机的温升增高,效率、功率因数降低外,还会使电磁噪声增加。
3.1.2 铁心不整齐的影响

铁心不整齐主要是因为冲片毛刺过大,脱离模超差及操作者不精心所致,其危害:(1)铁耗损、空载电流增大,对性能的影响如上述;(2)定子冲片外圆不整齐,对于以热传导散热为主的低压电机来说,其温升增加;(3)为了考虑铁心质量差,电机的主绝缘不得不加厚。比如6kV电机的对地主绝缘,若铁心质量好,将0.14×25mm的云母带半叠包8层即可达到绝缘强度的要求。但目前国内电机生产厂家一般都要包10层,有的甚至包12层。多包的层数就是因为考虑铁心装压不整齐而额外留出的裕度,这既浪费了绝缘材料,又使绕组散热差,而使电机的温升增高。

3.2 转子铁心除了与定子铁心因叠压质量差而带来的同样危害:空载电流增加、电磁噪声增加对于绕线转子还存在因铁心质量不稳定而迫使设计员额外增加绝缘厚度的问题以外,还会出现以下质量问题。
3.2.1 当转子铁心质量不稳定时,出现“菱形”时,要影响动平衡的精度,继而使电机的振动、噪声均要增加。
3.2.2 若冲片内孔超差,对于单片往轴上叠压的绕线转子的电机来说,因轴的公差未变(该处无法随模具磨损而不断地调整公差值),转子铁心与轴就要产生较大的间隙。尤其是冲片在常温下被叠压到轴上,带负荷后转子发热膨胀时,此间隙还要增加,除对振动、噪声起“推波助澜”作用外,还要破坏定、转子的同轴度,使气隙不均匀,增加单边磁拉力,继而使转子挠度增大。绕线转子电机的“扫膛”故障与此有直接关系。
综上所述,对冲片、铁心的设计提出以下几点意见,供设计人员参考。
(1)槽形尽量不要带尖角。带尖角的槽形,一是模具寿命低,二是冲槽时,尖角处的磁畴容易被破坏,它会损伤硅钢片的导磁性能,铁损耗(指定子部分)也要随之增加;
(2)铸铝转子的槽形,不仅要考虑电机的性能,还应顾及到浇注的工艺性,如上述;
(3)多极电机冲片的定、转子轭部尺寸不宜过窄。否则,铁心容易变形。这样铁心在往机座里压装时,若受到不均匀的挤压铁损耗也要增加。上述3点意见都是在计算单上查觉不到,对电机质量又有一定影响的隐患性问题。
4 结论
4.1 定、转子冲片及由它们叠压而成的定、转子
铁心的设计,制造质量既影响电机的电气性能、机械性能,又与电机的制造成本息息相关,同时这类质量问题在制造过程中又不容易被查觉到。为了产品质量的稳定,应在设计工艺中采取些有效的“把关”措施,严格按图样及工艺要求,控制冲片及铁心制造质量,保证产品质量达到标准要求。
4.2 设计人员在设计冲片、铁心时,一要照顾到加工工艺性,使产品质量趋于稳定;二是注意到对质量有影响在计算单上又难以觉查到的隐患问题。