高效電機之淺談減少鑄鋁轉(zhuǎn)子附加損耗的工藝措施

鼠籠型三相異步電機中，鑄鋁轉(zhuǎn)子的質(zhì)量直接決定了電機的轉(zhuǎn)子損耗，結(jié)合一些制作的設(shè)計的經(jīng)驗，對于鑄銅轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的附加損耗約為額定功率的0.5%，鑄鋁轉(zhuǎn)子的附加損耗約占額定功率的1%~3%，所以在目前對效率節(jié)能的發(fā)展趨勢下，需要對轉(zhuǎn)子的附加損耗進行控制，采取一些工藝措施降低電機的附加損耗，電動機轉(zhuǎn)子的附加損耗的種類有多種，對于鑄鋁鑄銅轉(zhuǎn)子，由于導(dǎo)條與轉(zhuǎn)子槽之間無絕緣，導(dǎo)條間通過轉(zhuǎn)子齒的漏泄電流產(chǎn)生部分轉(zhuǎn)子損耗，這部分附加損耗約占額定功率的1％～2％。因附加損耗的存在，使電機效率降低，溫升高。為了降低鑄鋁轉(zhuǎn)子的附加損耗，提高電機的性能指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)，需要提升鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量，從而減少附加損耗，從工藝上有以下措施。

1、轉(zhuǎn)子沖片的磷化處理

磷化處理是用化學(xué)或電化學(xué)方法，使金屬表面生成一種不溶于水、抗腐蝕的磷酸鹽薄膜。這種表面磷化膜與金屬的結(jié)合牢固，有較高的絕緣性能，能耐高溫。矽鋼片經(jīng)過磷化處理的磷化膜單面厚度在0.004～0.008mm之間，在1～3MPa的壓力下，表面絕緣電阻可達10000Ω.c㎡以上，并有較高的耐壓強度（240V以上）。電工鋼片的磷化膜可在450℃下長期工作，可經(jīng)受住鑄鋁時鋁液的680~720℃瞬時高溫及鑄鋁后的短時高溫。但經(jīng)過磷化處理的轉(zhuǎn)子，由于磷化膜的導(dǎo)熱性比較差，的原因轉(zhuǎn)子的溫升有一定的影響，但結(jié)合制作的經(jīng)驗，經(jīng)過磷化處理的轉(zhuǎn)子其附加損耗降低，但磷化處理工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高需要專業(yè)的設(shè)備降低生產(chǎn)的成本。磷化處理液的配方和工藝如下。

1.1正常法

通過采用磷酸錳鐵制劑，磷酸錳鐵制劑是一種混和塊，分子式為nFe（H，PO，）2mMn（H2PO2）2，其中n、m為鐵塊與錳塊的比例，主要成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：P2O3為46％～52％，Mn大于14％，F(xiàn)e為0.3%~3%,H20為19％以下。磷酸錳鐵制劑27～30g／L，磷化液的溫度為95℃，沖片及鐵心疊壓后均需去油處理，采用甲苯或者四氯化碳進行清洗，使其表面的油污垃圾清理干凈，然后將其浸入配置好的磷化液中，進行浸泡30~45分鐘，取出后用3%的肥皂水進行沖洗對其皂化，后在進行酸蝕 （浸入50％濃度的工業(yè)鹽酸中20s），用大量溫水沖洗，完成沖片、轉(zhuǎn)子的磷化處理。

1.2加速法

加速法有很多種配方，下面介紹的是正磷酸氧化鋅法：

正磷酸H3PO4：40～50g／1；

氧化鋅ZnO：9～10g／l；

硝酸鈉NaNO3：4～5g／l。

工件經(jīng)去油處理后浸入95℃以上的磷化液中處理12～15min，也需要進行皂化、清洗。配

方中硝酸鈉的作用是促進化學(xué)反應(yīng)的進行，并使磷化膜細密。磷化處理前的工件去油是保證磷化質(zhì)量的關(guān)鍵工序。去油的方法可用甲苯或四氧化碳清洗，或用化學(xué)去油液在70～80℃的溫度

下處理10～20min，至去凈油跡為止?；瘜W(xué)去油劑的配方為：

水玻璃：250g／l；

OP乳化劑：5～10g／l。

磷化處理所得磷化膜具有多孔性，一般要經(jīng)過補充加工才有較好的抗蝕力，用作絕緣的磷化膜只進行皂化處理即可。經(jīng)皂化后磷化膜表面覆蓋一層極薄的由鐵皂、錳皂或鋅皂構(gòu)成的不溶于水的薄膜，提高了磷化效果。

經(jīng)磷化處理的轉(zhuǎn)子，可使導(dǎo)條與鐵心的接觸電阻增加，從而降低附加損耗，進而溫升和效率也有所改善。

1.3 簡法

        材料和配比：馬夫鹽30~40克/升；氟化鈉 2-4克/升；硝酸鋅55~65克/升。磷化液的溫度為75~85℃。鐵心壓裝后，經(jīng)去油處理，浸入磷化液中10~15分鐘，取出經(jīng)皂化（用3%的肥皂水沖洗），再用大量溫水沖洗即可。

        磷化處理前的工件去油是保證磷化質(zhì)量的關(guān)鍵工序。磷化處理所得磷化膜具有多孔性，一般要經(jīng)過補充加工才有較好的抗腐蝕能力，用作絕緣的磷化膜只進行皂化處理即可。在皂化處理后，磷化膜表面上覆蓋著一層極薄的由鐵皂、錳皂或鋅皂構(gòu)成的不溶于水的薄膜，提高了磷化效果。

        轉(zhuǎn)子經(jīng)磷化處理后，接觸電阻增加，降低了雜散損耗。據(jù)某電機廠試驗，一臺4P、4千瓦的異步電動機經(jīng)磷化處理后能使雜散損耗減少47瓦（相當(dāng)于原損耗的37%），溫升和效率也有改善。磷化比氧化膜處理效果好。

2、沖片氧化處理

沖片氧化處理的目的和沖片磷化處理相同，工藝和轉(zhuǎn)子沖片磷化處理相同，只是在所使用的化學(xué)制劑不同而已，工藝流程均一致。

3、脫殼處理

脫殼處理是利用鋁和矽鋼片的膨脹系數(shù)不同的特點，將加熱了的轉(zhuǎn)子迅速冷卻，使鐵心與鋁條之間形成微小的間隙，增加接觸電阻，以減少附加損耗。

脫殼處理的工藝如下；將鑄鋁后的轉(zhuǎn)子放在退火爐內(nèi)加熱到540℃，保持2～3h，然后取出在空氣中冷卻，（或在水中浸7～10s），當(dāng)轉(zhuǎn)子尚有200℃左右的溫度時取出，利用此余熱使轉(zhuǎn)子自行干燥。

4、轉(zhuǎn)子表面燒焙

將精車的鑄鋁轉(zhuǎn)子用噴燈或乙炔焰焙燒鐵心表面，待加熱到出現(xiàn)氧化色和受到火焰焙燒的槽口中鋁屑發(fā)生輕微局部熔化時，立即投入肥皂水中急劇冷卻。熔燒的目的是去掉鐵心表面和槽口的毛刺以及粘上的鋁屑，以加大接觸電阻，減少表面損耗。

5、堿洗

     鑄鋁轉(zhuǎn)子精車外圓后，進行表面堿洗處理，可腐蝕掉轉(zhuǎn)子表面上由于車外圓而壓入鐵心中的鋁屑，以及與轉(zhuǎn)子槽相連接的鋁須，增加籠條和鐵心間的接觸電阻。

     堿洗方法是把浸水后的轉(zhuǎn)子放入濃度為5%的70~80℃的苛性鈉溶液中，進行腐蝕，然后在熱水中沖洗轉(zhuǎn)子并加以烘干。由于苛性鈉已滲入鐵心，很難沖洗凈。腐蝕時間可根據(jù)接觸電阻的變化，通過試驗確定。

6、轉(zhuǎn)子槽絕緣處理

鑄鋁前對轉(zhuǎn)子槽進行絕緣處理，絕緣涂料必須是耐高溫的。

7、涂覆耐熱絕緣涂料

      壓鑄前在槽內(nèi)表面涂覆或浸漬耐熱涂料，國內(nèi)外已有不少配方。下面是國外某公司的耐熱絕緣涂料配方。20千瓦電機轉(zhuǎn)子在涂料中浸10分鐘，自然干燥后壓鑄，可顯著減少電機的雜散損耗。

材料和配比：聚乙烯丁醇40克；三聚氰酰胺樹脂35克；苯乙烯單體25克；磷鋅酸(85%）50克；改性乙醇（乙醇90%，甲醇10%）650克；i丙醇150克。

        各種工藝方法會對轉(zhuǎn)子的接觸電阻增加有一定效果，但實現(xiàn)的程度不一致。相對而言，經(jīng)磷化處理的轉(zhuǎn)子鐵心焙燒后，再堿洗可得到接觸電阻30歐姆.mm²左右的效果。

轉(zhuǎn)子鑄鋁后再加熱到540℃，經(jīng)車加工再堿洗可達到足夠高的接觸電阻值。但轉(zhuǎn)子加熱到540℃時，很可能由于鋁鼠籠機械強度的下降導(dǎo)致鐵心變形。

對于澆注前鐵心被加熱到500℃的轉(zhuǎn)子以及經(jīng)氧化處理的沖片疊壓的轉(zhuǎn)子，雖經(jīng)堿洗使接觸電阻略大，但亦不能顯著降低雜散損耗。

       上述方法，除磷化處理及而熱絕緣涂料已被某些工廠在生產(chǎn)中采用外，其它尚未能推廣，因為這些工藝過程對于成批生產(chǎn)的電機，不能認為是經(jīng)濟、方便的處理方法。某電機廠在壓鑄后立即將轉(zhuǎn)子加熱到500℃左右，然后進行熱套制，既有脫殼作用，又可利用轉(zhuǎn)子鑄鋁后的余熱，很值得進一步研究。

綜上所述，同時經(jīng)試驗證明，采取上述措施的任一項，對于降低電機附加損耗都有一定的作用，但制作工藝的復(fù)雜性，附加措施將顯著增加電機的生產(chǎn)費用，因此在進行任何一項工藝措施，都會造成成本的增加，但由于國家節(jié)能減排的倡導(dǎo)及推行，一些企業(yè)也開始從工藝方面如轉(zhuǎn)子的脫殼處理、轉(zhuǎn)子表面燒焙等工藝進行電機轉(zhuǎn)子制作工藝的改進，來降低轉(zhuǎn)子的附加損耗。

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