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常见铸铝转子的质量问题及对电机性能的影响

2022-07-08 09:38:22来源:

铝转子质量的好坏直接影响异步电动机的技术经济指标和运行性能。在生产设计制作过程中,不仅要分析转子的铸造缺陷,且要了解铸铝转子质量对电机的效率、功率因数以及起动、运行等性能的影响。

一、铸铝方法与转子质量的关系

常见的铸铝转子比铸铜转子异步电动机的附加损耗大,同时采用的铸铝方法不同,附加损耗也不同,常见的铸铝方式有低压铸铝、离心铸铝、压力铸铝三种,在这三种铸铝方式中压力铸铝转子电机的附加损耗最大,这是因为压铸时强大的压力使笼条和铁心接触得十分紧密,其至铝液挤入了叠片之间,横向电流增大,使电机的附加损耗大为增加。此外,压铸时由于充型加压速度快,压力大,铸铝模内的空气不能完全排除,使得大量气体呈“针孔”状密布于转子笼条、端环、风叶等处,致使铸铝转子的填充率无法达到100%,同时对比离心铸铝平均电阻增加,使电机的附加损耗增大。离心铸铝转子虽然受各种因素影响,容易产生缺陷,但电机的附加损耗小。低压铸铝时铝液直接来自坩埚内部,并采用较“缓慢”的低压浇注,排气较好;导条凝固时由上、下端环补充铝液,因此低压铸铝转子质量优良。通过一些电机厂的验证对比及结合制作工艺,三种铸铝方式中电气性能以低压铸铝转子最好,离心铸铝次之,压力铸铝最差。

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二、转子质量对电机性能的影响

转子铸铝的质量直接影响着电机的电气性能,所以常见的一些铸铝问题对电机的电机性能的影响如下:

1.转子铁心重量不够  

转子铁心重量不够,相当于转子铁心净长减小,使转子齿、转子轭部截面积减小,则磁通密度增大。对电机性能的影响是:励磁电流增大,功率因数降低;电机定子电流增大,定子铜损增大,效率降低;温升高。

转子铁心重量不够的原因有:

1.1转子冲片毛刺过大。

1.2硅钢片厚度不匀。

1.3转子冲片有锈或不干净。

1.4压装时压力小,铝充型到冲片间

1.5铸铝转子铁心预热温度过高,时间过长,铁心烧损严重,使铁心净长减小。

上述1.1~1.4原因,都会使压装系数降低,同时压装时要控制长度,致使减片太多,所以导致重量不够。

2.转子错片、槽斜线不直

转子错片、槽斜线不直,将使转子槽口减小,转子槽漏抗增大;导条截面积减小,导条电阻增大。并对电机性能产生如下影响;最大转矩降低;起动转矩降低;满载时的电抗电流增大,功率因数降低;定子、转子电流增大,定子铜损增大,转子损耗增大,效率降低;温升高;转差率大。产生转子错片的原因有:

2.1转子铁心压装时没有用槽样棒定位,槽壁不整齐。

2.2假轴上的斜键和冲片上键槽间的配合间隙过大。

2.3压装时的压力小,预热后冲片毛刺及油污被烧去,使转子片松动。

2.4转子预热后在地上乱扔乱滚,转子冲片产生角位移。

3.转子斜槽宽大于或小于允许值

转子斜槽宽大于或小于允许值对电机性能的影响是:

(1)斜槽宽大于允许值时,转子斜槽漏抗增大,电机总漏抗增大;导条长度增加,导条电阻增大,对电机性能影响:最大转矩降低;起动转矩降低;满载时的电抗电流增大,功率因数降低;定子、转子电流增大,定子铜损增大,转子损耗增大,效率降低;温升高;转差率大。。

(2)斜槽宽小于允许值时,转子斜槽漏抗减小,电机总漏抗减小,起动电流大(因为起动电流与漏抗成反比)。此外,电机的噪声和振动大。   

斜槽宽大于或小于允许值的原因,主要是转子铁心压装时没有采用假轴上的斜键定位,或假轴设计时斜键的斜度尺寸超差。

4.转子断条

转子断条对电机性能的影响是:如果转子断条,则转子电阻很大,所以起动转矩很??;转子电阻增大,转子损耗增大,效率降低;温升高;转差率大。产生断条的原因是:

4.1转子铁心压装过紧,铸铝后转子铁心胀开,有过大的拉力加在铝条上,将铝条拉断。

4.2铸铝后脱模过早,铝液未凝固好,铝条由于铁心胀力而断裂。

4.3铸铝前,转子铁心槽内有夹杂物。

4.4单冲时转子冲片个别槽孔漏冲。

4.5铝条中有气孔,或清渣不好,铝液中有夹杂物。

4.6浇注时中间停顿。因为铝液极易氧化,先后浇入的铝液因氧化而结合不到一起,出现“冷隔”。

5.转子细条

转子细条,转子电阻增大,效率降低;温升高;转差率大。产生细条的原因是:

5.1离心机转速过高,离心力太大,使槽底部导条没有铸满(抛空)。

5.2转子槽孔过小,铝液流动困难,同时铁心预热温度不合理。

5.3转子错片,槽斜线不成一直线,阻碍铝液流动。

5.4铁心预热温度低,铝液浇入后流动性变差。

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6、气孔

气孔对电机性能的影响会使转子电阻增大,效率降低;温升高;转差率大。产生气孔的原因是:

6.1铝液清化处理不好,铝液中含气严重,浇注速度太快或排气槽过小时,模型中气体来不及排出,压力铸铝比较明显。

6.2铁心预热温度过低,油渍没有烧尽即进行铸铝,油渍挥发在工作中形成气孔。

6.3在低压铸铝时,如果升液管漏气严重,则通入坩埚的压缩空气会进入升液管,与铝液一齐跑入转子里去而形成气孔。

7、浇不满

浇不满,也将使转子电阻增大,效率降低;温升高;转差率大。浇不满的原因主要有:

7.1铝液温度过低,流动性差。

7.2铁心、模具预热温度过低,铝液浇入后迅速降温,流动性变差。

7.3离心机转速太低,离心力过小,铝液充填不上去。

7.4浇入铝液量不够。

7.5铸铝模内浇口截面积过小,铝液过早凝固,堵住铝液通道。

8、缩孔

缩孔将使转子电阻增大,效率降低;温升高;转差率大,出现缩孔的原因主要有:

8.1铝液、模具、铁心的温度搭配不适当,达不到顺序凝固和合理补缩的目的。如果上模预热温度过低,铁心预热温度上、下端不均匀,使浇口处铝液先凝固,上端环铝液凝固时得不到铝液补充,造成上端环缩孔。因为缩孔总是产生在铝液最后凝固的地方。

8.2模具结构不合理。例如,内浇口截面积过小或分流器过高,使铝液在内浇口处通道增长,内浇口处铝液先凝固,造成补缩不良,会使上端环出现缩孔。又如,模具密封不好或安装不当造成漏铝液,则使得浇口处铝液量过少,无法起到补缩作用,也容易造成缩孔。

9、裂纹

铸铝转子裂纹,对于转子的机械强度会产生影响,不利于转子的高速运转,同时将使转子电阻增大,效率降低;温升高;转差率大,同时主要是由于转子冷却过程中产生的铸造应力超过了铝导条当时(指产生裂纹的瞬间)的材料极限强度而产生的。铸铝转子的裂纹大多是径向的。裂纹有热裂纹和冷裂纹之分:热裂纹是结晶过程中高温下产生的;冷裂纹是已凝固的铝在进一步冷却过程中产生的。产生裂纹的主要原因有:

9.1工业纯铝中杂质含量不合理。工业纯铝中常有杂质是铁和硅,大量实验分析证实,硅、铁杂质含量比对裂纹的影响很大,即硅、铁比在1.5~10之间时容易出现裂纹。

9.2铝液温度过高(超过800℃)时铝的晶粒变粗,延伸率降低,受不住在冷凝过程中产生的收缩力而形成裂纹。

9.3转子端环尺寸设计不合理(厚度和宽度之比小于0.4)。

9.4风叶、平衡柱和端环连接处圆角过小,因铸造应力集中而产生裂纹。

10、铝电导率不良

铝的纯度不够时电导率降低,使转子电阻增大,效率降低;温升高;转差率大。电导率低主要原因:铝的质量不好或回炉废铝用量过多;但如果使用过高纯度的铝锭,则转子电阻减小,电机的起动转矩低(因为起动转矩近似与起动时转子电阻成正比)。所以必须按设计要求进行铝锭的选择使用。


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