電機(jī)NVH知識
時間：2021-09-27 09:04:12 來源：未知 點(diǎn)擊：次
隨著電機(jī)制造業(yè)分工越來越細(xì)，許多電機(jī)廠的都把鐵心作為采購件或委托外協(xié)件。雖然鐵心有全套的設(shè)計(jì)圖紙，鐵心的尺寸、形狀、材料都有詳細(xì)的規(guī)定，但一旦鐵心制造完成，廠家驗(yàn)收時往往只能檢驗(yàn)其尺寸、形狀、外觀等特性，對于所用材料的材質(zhì)、疊壓系數(shù)以及硅鋼片的片間絕緣、鐵耗等等影響整機(jī)性能的特性卻難以在鐵心成品上檢驗(yàn)，許多廠家都無奈地免檢，導(dǎo)致電機(jī)制造完成后經(jīng)常出現(xiàn)鐵耗散差很大，甚至導(dǎo)致整機(jī)不合格的情況。最近就有許多同學(xué)咨詢有關(guān)電機(jī)鐵心成品的質(zhì)量檢驗(yàn)問題。今天老師就教同學(xué)們一手，采用簡單可行的辦法快速檢驗(yàn)鐵心成品，從源頭杜絕鐵耗超標(biāo)的問題。
鐵心是電機(jī)的重要部件，在電機(jī)中承擔(dān)著導(dǎo)磁的作用，鐵心所用材料的材質(zhì)和鐵心制造質(zhì)量，不僅影響電機(jī)嵌線的工藝性和絕緣可靠性，而且還影響勵磁電流、鐵耗、雜散損耗等，進(jìn)而影響電機(jī)的效率和溫升。因此應(yīng)對鐵心制造質(zhì)量要有足夠的重視。要想把住鐵心質(zhì)量關(guān)，首先要知道鐵心制造過程中主要存在哪些問題，才能有針對性地制定檢驗(yàn)措施和檢測方法。因此我們就先說說鐵心制造過程中的常見問題。
沖片毛刺過大會影響疊壓系數(shù)、引起鐵耗增大、嚴(yán)重時會刺破絕緣影響電機(jī)的可靠性。毛刺過大的原因主要有模具間隙不合適、模具刃口鈍化、硅鋼材質(zhì)及厚度與模具間隙匹配不當(dāng)、沖壓設(shè)備及工藝的參數(shù)不合適等。通常沖片毛刺應(yīng)不大于0.04mm。
疊壓不整齊是鐵心制造質(zhì)量最常見的質(zhì)量問題，鐵心疊壓不整齊會影響鐵心整體槽型尺寸不合格，進(jìn)而影響槽滿率，使嵌線困難；損傷槽絕緣和主絕緣，影響絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性和壽命；影響鐵心與機(jī)殼的裝配等。導(dǎo)致疊壓不整齊的主要原因是疊壓工裝不合適，定位不準(zhǔn)。
出現(xiàn)疊壓不整齊時，大多廠家采用修銼的方法進(jìn)行彌補(bǔ)和挽救，這樣雖然保證了槽型的尺寸，但會帶來硅鋼片間大面積連通，片間電阻嚴(yán)重降低，失去片間絕緣效果，進(jìn)而導(dǎo)致鐵耗和雜散耗增大；勵磁電流增大；效率降低；溫升增高等。通常鐵心疊壓完成后不允許大面積修銼，特別是電樞鐵心，應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定不允許大面積修銼。但允許對個別毛刺和凸出高點(diǎn)進(jìn)行局部修銼，而且必須對鐵心兩端槽口、徑向通風(fēng)道處槽口及定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外圓槽口處通過局部修銼倒鈍，倒鈍時應(yīng)沿平行沖片平面方向修銼，不允許沿垂直沖片方向修銼，以防止片間連通。
疊壓系數(shù)偏低會導(dǎo)致磁密增大、勵磁電流增大，使鐵耗和銅耗均有所增大，另外疊壓系數(shù)偏低還會導(dǎo)致在運(yùn)行中鐵心振動、損傷絕緣、噪聲增大；疊壓系數(shù)偏高同樣會導(dǎo)致片間電阻減小，鐵耗增大。因此疊壓系數(shù)是鐵心的一項(xiàng)重要指標(biāo)，即不能過大也不能過小，在鐵心設(shè)計(jì)圖中對疊壓系數(shù)都有所規(guī)定，通常以0.96左右為宜。造成疊壓系數(shù)過高或過低的主要原因是疊壓工藝不當(dāng)、工藝參數(shù)不合適、壓力過大或過小、毛刺過大等等。
鐵心常用的材料是硅鋼片，也有些直流或低頻鐵心（如同步機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心、直流電機(jī)主機(jī)及換向極鐵心、甚至是異步電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心）采用鋼板或?qū)嵭蔫F心，關(guān)于直流或低頻鐵心不多贅述，這里只說用硅鋼片制造的電樞鐵心，特別是高頻電樞鐵心，其硅鋼片的材質(zhì)嚴(yán)重影響鐵耗和勵磁電流大小，必須保證鐵心所用的原材料符合設(shè)計(jì)要求。令人不能容忍的是一些黑心商家，利用鐵心成品后難以檢測沖片材質(zhì)的空子，玩沖片材料以次充好、以低代高的貓膩，甚至采用一般的薄鋼板來冒充硅鋼制造鐵心，還有些廠家自做聰明，采用混搭的方法，在硅鋼中混入普通鋼板，自以為這樣是一種良心發(fā)現(xiàn)，心不致太黑，尋個自我安慰，殊不知這樣造成的后果更加嚴(yán)重，使鐵耗更加惡化。因?yàn)橥ǔＦ胀ǖ匿摪鍖?dǎo)磁性能好于硅鋼，但鐵耗比硅鋼大很多，如果二者混用，會導(dǎo)致磁路中的磁通更多地分布在磁阻較小的普通鋼板中，硅鋼里的磁通較小，我們知道鐵耗與磁密的平方成正比，這樣一來，鐵耗較小的硅鋼里磁密較低，而鐵耗較大的普通鋼板里的磁密反而較高較飽和，必然導(dǎo)致總鐵耗的進(jìn)一步惡化，結(jié)果還不如全用普通鋼板。這種自作聰明的做法，不禁讓人想起當(dāng)年山西假酒案，黑心商家本來在做假酒時采用工業(yè)酒精兌水，平時水兌得比較多酒精少，還不至于喝死人，后來商家覺得過年了，少兌點(diǎn)水多兌點(diǎn)酒精吧，也讓買家過個好年，結(jié)果年沒過成，反倒喝死人了！這是多么令人憤怒的惡劣行徑！看看這個是不是和鐵片混搭如出一轍！
尺寸主要包括槽型尺寸和鐵心成品尺寸。由于沖片絕大多數(shù)是采用模具沖壓出來的，只要首片尺寸檢驗(yàn)合格，后續(xù)沖片都是由模具保證，通常不會出現(xiàn)尺寸不合格的問題，況且鐵心的大多尺寸在鐵心制造完成后仍可方便地檢測，因此這里不做贅述。
以上所說的問題有些是由于工藝裝備等硬件條件較差，制造能力欠缺問題，這是硬傷，建議盡量不選擇或淘汰這樣的供應(yīng)商，或者要求這樣的供應(yīng)商限期整改，加大設(shè)備等硬件條件投入；有些是由于工藝紀(jì)律執(zhí)行不到位或某些工藝細(xì)節(jié)和工藝參數(shù)設(shè)置不合理，沒有引起工藝人員和操作工人的足夠重視，這是管理方面的問題，整改相對較容易，應(yīng)責(zé)令供應(yīng)商限期整改；性質(zhì)最為惡劣的是第1.5條，明知故犯玩貓膩，對這種惡劣的供應(yīng)商，不僅要取消其供應(yīng)商資格，還應(yīng)追究責(zé)任損失，嚴(yán)懲不貸！那么怎樣才能發(fā)現(xiàn)鐵心制造過程中存在的問題呢？特別是形成鐵心成品后如何發(fā)現(xiàn)那些在鐵心成品上難以檢測的性能參數(shù)呢？除了嚴(yán)格考察供應(yīng)商的資質(zhì)、誠信、管理體系外，方便有效的監(jiān)督和檢測是保證鐵心供貨質(zhì)量的重要手段！因此接下來才是重點(diǎn)，我們就說說鐵心成品如何進(jìn)行驗(yàn)收檢驗(yàn)。
外觀和尺寸檢驗(yàn)是每個廠家必做的一項(xiàng)驗(yàn)收內(nèi)容，這項(xiàng)內(nèi)容也是最容易實(shí)現(xiàn)和可操作的。外觀檢測通常是目測鐵心外觀是否整齊、有無大面積打磨修銼痕跡、焊縫是否美觀牢固、扣片是否緊固可靠美觀、槽內(nèi)是否平滑整齊無凸出錯片、用手指觸摸槽口部位是否倒鈍無尖銳等；鐵心尺寸可用合適的量具測量；槽型尺寸通常采用專用的通止槽樣棒檢測。
疊壓系數(shù)本身就是一個不太好直接測量的參數(shù)，主要由疊壓壓力保證，因此鐵心疊壓是一個特殊過程，需要特殊過程確認(rèn)。一旦鐵心制造完成，就難以再現(xiàn)疊壓壓力，因此也就無從知曉疊壓系數(shù)。盡管有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也有一些間接的測量方法，如針刺法等等，但這些測量方法大多不太靠譜，測量誤差和主觀因素較大。比較而言稱重法是比較靠譜的一種方法。采用該方法時應(yīng)首先從特殊過程確認(rèn)開始，先在技術(shù)、檢驗(yàn)等相關(guān)人員的現(xiàn)場見證下，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的材料、經(jīng)工藝驗(yàn)證后的工藝及工藝參數(shù)正兒八經(jīng)地走一遍，條件允許可多做出些合格樣件，然后精確稱重，得出合格樣件的精確重量，以后驗(yàn)收就以這個重量為基礎(chǔ)，再給定一個合理的允差帶作為判別標(biāo)準(zhǔn)，對批產(chǎn)鐵心的疊壓系數(shù)用稱重法進(jìn)行抽檢或全檢即可。
如果說前兩項(xiàng)檢驗(yàn)是針對某些單一質(zhì)量特性進(jìn)行的常規(guī)檢驗(yàn)，那么下面要介紹的則是一種全面檢測鐵心性能一致性的檢測方法。不論鐵心質(zhì)量存在任何質(zhì)量缺陷，均會在此方法下現(xiàn)出原形，更重要的是該方法具有很強(qiáng)的可操作性、檢測無損傷、分辨率高、檢測的特征參數(shù)能全面反映出鐵心質(zhì)量特性等特點(diǎn)，因此接下來才是重點(diǎn)！
①首先在鐵心成品上繞上兩個線圈，兩個線圈的中心線相互垂直，并按圖連接好測試線路。如下圖所示，其中線圈A為勵磁線圈，其匝數(shù)為W1，線圈B為檢測線圈，其匝數(shù)為W2。圖中調(diào)壓器的選擇應(yīng)滿足輸出電壓0～100V，輸出電流不低于以下⑸式所確定的電流；電壓表V1量程不低于100V，V2不低于1000V；功率表應(yīng)選擇低功率因數(shù)瓦特表或電能分析儀。
②關(guān)于兩個線圈匝數(shù)及截面的確定，要視鐵心的大小和調(diào)壓器（勵磁電源）的電壓。步驟如下：
式中：D1、D2分別為定子鐵心外徑和槽底圓直徑；l為鐵心凈長度。
式中：B為將來施加勵磁后軛中的磁密，取最大磁密1.5T。
式中：U1、U2分別為兩個繞組上的電壓，可取U2為500V左右（以考慮安全和檢測精度為宜），U2/U1=5～10為宜，這里可不必過于精確，因?yàn)榭梢酝ㄟ^調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓。按以上兩式初步計(jì)算出匝數(shù)后取整即可。
式中：H為鐵心中的勵磁磁場強(qiáng)度，根據(jù)鐵心所用的硅鋼片牌號查磁化曲線B=1.5T時對應(yīng)的磁場強(qiáng)度。根據(jù)上式計(jì)算出電流后，選擇合適的電流密度(如3～5A/mm²)選擇線圈銅截面積即可。線圈B由于是檢測線圈，里面電流極小，可任選不低于0.5mm²的截面即可，但線圈B的電壓較高，選擇導(dǎo)線時注意導(dǎo)線的額定電壓，應(yīng)不低于1000V。
ⅱ接通電源后調(diào)節(jié)調(diào)壓器電壓，同時觀測V2，使U2=4.44f•W2•Φ，其中Φ=1.5•S（即B=1.5T），記錄電壓U1、U2、電流I及功率P。
ⅲ向下調(diào)節(jié)調(diào)壓器電壓U1，同時檢測電壓U2，依次使電壓U1逐步減小到0，至少測量5～7個點(diǎn)，分別記錄各點(diǎn)的電壓U1、U2、電流I及功率P，在測量點(diǎn)中至少要包括Φ=1.0•S(即B=1.0T)的點(diǎn)。
ⅳ計(jì)算鐵耗。首先計(jì)算出對應(yīng)各點(diǎn)的線圈銅耗：Pcu=I²R，然后用各點(diǎn)測得到瓦特表讀數(shù)P分別減去對應(yīng)點(diǎn)的銅耗即為對應(yīng)各磁密(U2)點(diǎn)的鐵耗，用各點(diǎn)的鐵耗除以鐵心軛的重量（注意！是鐵心軛的重量，不包括齒?。┘礊閱挝毁|(zhì)量的鐵耗值（即鐵耗密度W/kg），得到該值后即可與相應(yīng)的硅鋼片牌號去做比較，應(yīng)與相應(yīng)的硅鋼片鐵耗值相近。
線圈A為勵磁線圈，其作用是給鐵心勵磁，使鐵心軛部達(dá)到所需的磁密值（如1.0T、1.5T），這種勵磁方式只有鐵心軛部有磁通，齒部無磁通，因此計(jì)算出的鐵耗只是對應(yīng)軛部的鐵耗。線圈B為檢測線圈，其作用只是用于檢測鐵心內(nèi)磁通的多少，通過該線圈的匝數(shù)，采用那個著名的4.44公式即可知道鐵心中的磁通和磁密，需要說明的是，由于勵磁繞組除了在鐵心軛中產(chǎn)生主磁通外，還會產(chǎn)生漏磁通，因此實(shí)際鐵心中的磁密在整個圓周中是不均勻的，勵磁線圈處磁密最高，而與之對應(yīng)的180度處磁密最小，為了得到鐵心軛中的平均磁密，因此將檢測線圈B置于與勵磁線圈成90度的位置。
3.2 各檢測特征量與鐵心質(zhì)量的關(guān)系
上述檢測方法中，對應(yīng)每一點(diǎn)U2，得到一個勵磁電流I和一個鐵耗值，如果硅鋼材料的材質(zhì)和鐵心制造工藝完全一致，則每一個鐵心對應(yīng)同一個U2值的勵磁電流和鐵耗應(yīng)該非常一致，考慮到測量誤差和工藝、材料散差，可以把勵磁電流和鐵耗值規(guī)定一個較小的允差帶（可規(guī)定3%為允差帶）作為接收判據(jù)。如果鐵心的材料材質(zhì)發(fā)生變化，則磁導(dǎo)率和鐵耗都會發(fā)生改變，這樣對應(yīng)同一點(diǎn)U2（即同樣的磁密），由于磁導(dǎo)率的變化必然引起勵磁電流的變化；材料鐵損的變化也會導(dǎo)致鐵心鐵耗檢測值的變化；如果鐵心制造中工藝及工藝參數(shù)發(fā)生變化（如修銼等）導(dǎo)致片間發(fā)生嚴(yán)重連通短路，則必然出現(xiàn)鐵心內(nèi)渦流增大，從而導(dǎo)致勵磁電流增大和鐵耗增大。因此采用勵磁電流和鐵耗作為特征量，與鐵心的材質(zhì)和工藝關(guān)系非常敏感，質(zhì)量分辨率很高，，如何材質(zhì)變化和工藝變化都能在這兩個特征量上得到體現(xiàn)。
上述檢測方法得到的鐵耗和勵磁電流并不是電機(jī)運(yùn)行時的實(shí)際鐵耗和勵磁電流，因?yàn)閷?shí)際電機(jī)運(yùn)行時的磁場分布與試驗(yàn)檢測狀態(tài)的磁場分布不同，勵磁方式也不同；也不能精確代表硅鋼片材料的鐵損值和勵磁電流值，因?yàn)椴牧媳旧淼蔫F損檢測方法與該方法存在差異，且鐵心成品除了硅鋼片中的鐵耗以外，往往還有扣片、筋板、鐵心壓板及徑向通風(fēng)隔板等結(jié)構(gòu)件的影響，因此不能將該檢測方法得到的值作為電機(jī)的實(shí)際鐵耗值和勵磁電流值。但檢測得到的這兩個特征值與電機(jī)運(yùn)行時的實(shí)際鐵耗和勵磁電流（空載電流）有很大程度的正相關(guān)。更重要的是這種檢測方法得到的特征值與鐵心的制造質(zhì)量密切相關(guān)！因此該方法可以作為鐵心質(zhì)量及一致性的檢測，可在批產(chǎn)的鐵心中抽查或全部進(jìn)行該項(xiàng)檢測，一旦發(fā)現(xiàn)超出允差的鐵心拒收，并進(jìn)一步查找原因。建議同一批次產(chǎn)品兩個特征值的允差帶為3%，不同批次產(chǎn)品允差帶為5%。以上標(biāo)準(zhǔn)僅供參考。
盡管上述檢測方法可以作為鐵心質(zhì)量的照妖鏡，任何制造質(zhì)量缺陷基本都能在這個照妖鏡下現(xiàn)出原形。但我們知道質(zhì)量是制造出來的，不是檢測出來的，因此選擇有實(shí)力、管理規(guī)范、誠信的供應(yīng)商是保證產(chǎn)品質(zhì)量的根本。
首件監(jiān)造和首件鑒定是應(yīng)用上述檢測方法非常重要的一步，在首件制造過程中，應(yīng)該派檢驗(yàn)人員認(rèn)真跟蹤，現(xiàn)場見證使用材料的材質(zhì)、每道工序的工藝、原材料的取樣封樣等，首件（首批）的檢測值是后續(xù)抽檢、設(shè)置允差的依據(jù)和基礎(chǔ)。
批量供貨時，如果有條件可以長期派駐監(jiān)造，考慮到監(jiān)造成本問題，可以采取飛行檢查，在不通知供應(yīng)商的條件下突擊檢查，現(xiàn)場原材料取樣、現(xiàn)場對沖片邊角料進(jìn)行取樣封存、現(xiàn)場查看工藝參數(shù)、檢查工藝紀(jì)律是非常必要的。
只有采取科學(xué)可行的驗(yàn)收檢驗(yàn)，輔以上述監(jiān)督手段，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量萬無一失。
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