大容量高可靠性異步電動機制造工藝研究

刁明勇，涂 強

(東方電氣(德陽)電動機技術有限責任公司，四川 德陽 618000)

0 引言

大容量高可靠性異步電動機是工業領域的重要產品，廣泛應用于各類電廠、鋼廠、科研院所等領域，在動力系統中起著至關重要的作用。例如鋼廠的高爐風機電機，能否穩定運行關系到一爐鋼水的冶煉成敗，對電機的可靠性要求極高；還有核電廠的主泵電機，是核電站的“心臟”設備，主泵電機帶動核泵在核島一回路系統驅動冷卻劑進行循環，將熱水泵入蒸發器轉換熱能，是核電一回路控制水循環的關鍵，穩定性和可靠性關系到核電站安全。

東方電氣(德陽)電動機技術有限責任公司生產制造的這類大容量高可靠性異步電動機，質量標準和技術要求明顯高于同類常規產品，因此在制造過程中需要攻克諸多難點，才能確保制造質量水平滿足產品使用工況和性能要求。

1 大容量高可靠性異步電動機結構特點和制造工藝

大容量高可靠性異步電動機一般為鼠籠轉子結構，可采用立式和臥式結構，銅條一般為合金鋁青銅。定子鐵芯采用拉緊螺桿定位，采用一邊疊片、一邊焊接的裝配工藝，鐵心內徑公差僅為±0.1 mm。定子線圈裝配間隙小，采用熱壓下線工藝，為滿足定子耐電暈質量，定子線圈端部間隙和端部固定要求高。定子GVPI浸漬2次或3次，浸漬參數、出罐進爐時間、烘焙參數等控制嚴格，浸漬烘焙完成后定子浸泡在水箱內進行電氣試驗。轉子為籠型結構，鋁青銅條和端環之間采用整體中頻感應焊接工藝。轉軸采用合金鍛件材料，“滑轉子”、通風溝等均為加工成形，精度要求極高。鐵芯與轉軸采用熱套工藝，轉子裝配完成后須進行額定轉速下的動平衡和超速試驗。

2 制造工藝和關鍵過程

2.1 定子鐵心內裝壓工藝

定子鐵心采用內裝壓結構，是用拉緊螺桿將上、下壓圈把緊，將鐵芯壓緊，拉緊螺桿與機座環板進行焊接。由于使用拉緊螺桿作為疊片基準，拉緊螺桿的裝配精度要求極高，這樣才能保證疊片槽型和內徑公差尺寸。

為了準確裝配拉緊螺桿，制作專門的定位、調節工裝，通過工藝試驗研究出特定的焊接參數，并采用一邊疊片、一邊焊接螺桿的焊接工藝方法，減小螺桿的焊接變形[1]，疊片質量得到了很好的控制，鐵芯槽型寬度公差可控制在0.06 mm以內，鐵芯內徑公差可控制在±0.1 mm，鐵芯裝配質量能完全滿足技術要求。

2.2 定子線圈裝配工藝

2.2.1 線圈下線

定子電壓等級為10 000 V，定子線圈的寬度比鐵芯槽寬，尺寸大，槽滿率偏高，給下線帶來較大困難，而且作為圈式線圈，線圈直線部分未膠化且長度達1 200 mm，非常容易發生彎曲，給定子下線造成了相當大的困難。

為解決這一難題，通過常規的直接下線或冷壓下線均不能滿足要求。為了順利下線，使用專門的熱壓設備和熱壓模具，采用熱壓下線工藝，將線圈加熱至一定溫度并保溫一定時間，然后將線圈嵌入鐵芯槽內，同時在槽口處采取保護措施，避免損傷線圈絕緣。

2.2.2 線圈端部綁扎

由于定子要做整體電暈試驗，對線圈端部斜邊間隙和綁扎要求很高，不均勻的端部形狀是導致電暈產生的重要原因之一，通過精細的端部整形、綁扎工藝以及樣板檢查手段，可以將線圈端部尺寸控制在技術要求內。

2.2.3 測溫元件裝配

定子線圈裝配過程中還有2個重要細節，關系到產品質量的可靠性：一是定子測溫元件的裝配，二是線圈端部的焊接并頭。①定子測溫元件使用硅橡膠固定在層間墊條內，然后在工裝模具中施加一定壓力并加熱固化成型，模擬測溫元件在定子中的受力狀態。最終測溫元件裝配可以在壓力狀態下，不同溫度下阻值的變化滿足要求。②線圈并頭采用并頭塊焊接結構，焊接質量極高，焊接質量可靠穩定，因此在使用直流電阻進行考核時，采用的是每個極相組進行比較，偏差不大于1%，考核標準大大提高了。

2.3 定子GVPI浸漬烘焙工藝

由于這類電機的高可靠性要求，定子GVPI后的電氣試驗有直流泄露試驗、局方試驗、介質損耗試驗、浸水試驗等，電氣試驗考核標準值非?？量?。經過分析和工藝試驗，研究出定子多次浸漆和定子先凝膠烘焙再進行固化烘焙的工藝方法，能大大提高定子繞組的掛漆量，線圈槽內和端部間隙能被浸漬漆填充完整和均勻，提高了定子絕緣性能，最后電氣試驗均滿足考核要求。

2.4 轉軸加工工藝

轉軸材料為低合金鍛鋼，轉軸上的“W”形通風槽和下導軸承的“滑轉子”都是切削加工出來，對加工應力變形的控制非常重要。加工過程中粗車、半精車、精車與粗銑、精銑交替進行，控制加工應力對轉軸精度造成的影響[2]?！癢”形通風槽的分度直接影響轉軸在圓周方向的質量分布，因此在精銑“W”形通風槽時要使用高精度分度盤控制分度精度?！盎D子”處的形狀和位置公差要求很高，在轉軸加工過程中難度最大，依靠成型車刀和數控編程相結合的方式，達到了產品質量要求。

2.5 轉子鐵芯疊壓工藝

轉子的額定轉速為1 500 r/min，轉子鐵芯為整圓沖片，直徑超過1 m，疊片過程不允許使用調節片調整鐵芯波浪度，對沖片質量提出很高要求。在沖片制造時，硅鋼片原材料的厚度公差控制在0.10 mm以內。沖片落料時，采用旋轉角度落料和旋轉角度刷漆，避免厚度誤差累積，避免沖片同板差[3]。

轉子疊壓過程中多次進行預壓，確保段長、偏心等參數符合質量標準。鐵芯的緊量檢查非常嚴格，不是使用常規電機鐵芯檢查的彈簧緊量刀進行檢查，而是采用薄刀片，確保鐵芯緊量滿足要求。鐵芯的片間壓力要求為拉緊螺桿伸長后的殘余值，通過工藝試驗后確定了該壓力值。

2.6 轉子端環中頻感應焊接工藝

轉子銅端環與銅條的焊接為整體中頻感應焊接，為了滿足電機“二次啟動溫升”的高可靠、穩定性要求，必須保證端環與銅條的焊接牢固性，提高焊接質量。

焊接前嚴格控制以下工藝要求：鐵芯垂直度、端環和銅條表面潔凈度、端環與銅條之間的間隙、焊料類型和數量、環境濕度大小。焊接過程按照規定工藝參數進行升溫、保溫和降溫，讓釬焊料在端環熔池形成均勻飽滿的焊縫。焊縫PT、VT檢查滿足技術要求。

2.7 轉子鐵芯套軸與動平衡工藝

轉子鐵芯加熱后套在轉軸上，由于配合緊量較大，加熱溫度要控制在190℃～210℃。為保證熱套過程順利進行，熱套前要確認熱套間隙不小于0.2 mm。鐵芯熱套完成后，冷卻過程要使用扳手對壓緊螺母進行把緊，減少鐵芯收縮的影響。鐵芯冷卻后，精確測量鐵芯壓圈和轉軸的間隙，配加工每一個弧鍵，確保鐵芯熱套不影響沖片緊量。

3 結語

大容量高可靠性異步電動機制造工藝采用了多項關鍵措施和方法來保證產品的高可靠性要求，近20項制造工藝技術的研究和成功應用保證了這類產品的性能指標，這些成果的應用為該型電機的制造奠定了基礎。同時，這些工藝技術也可應用于其他異步電機產品，尤其是國內使用的進口高端電機領域，對高端異步電機的國產化有促進和推動作用。