開關(guān)磁阻電動機定子制作工藝的探討

趙立君，鄭 強

(渤海裝備承德石油機械公司，河北 承德 067000)

開關(guān)磁阻電機及控制系統(tǒng)是以現(xiàn)代電力電子與微機控制技術(shù)為基礎(chǔ)的機電一體化產(chǎn)品。作為油田動力設(shè)備，用來控制直線型電機抽油機，可實現(xiàn)沖次在線無級可調(diào)，頻繁換向，并有效提高抽油機系統(tǒng)效率。

定子是形成該產(chǎn)品的核心零件，定子質(zhì)量的好壞直接影響電動機的電氣性能。定子由定子鐵心和定子繞組組成。定子鐵心經(jīng)壓力機壓裝成型，定子繞組為集中繞組，采用人工散嵌工藝。為了實現(xiàn)在拖動相同負載條件下，有效降低電機的功率等級，使電機的高效區(qū)(效率指標大于86%區(qū)域)占總工作有效區(qū)的78%以上，我們在設(shè)計上提高了槽滿率，造成嵌線困難。

2011年1～6月生產(chǎn)加工過程中定子繞組出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，主要是由于開關(guān)磁阻電機采用集中繞組嵌線方式，線圈匝數(shù)多，不易成形，嵌線過程中極易造成多處匝間，本文從影響定子質(zhì)量的七個方面，制定相應(yīng)的措施進行解決，收到較好的效果。

1 定子鐵心壓裝質(zhì)量對定子繞組絕緣強度的影響

通過對發(fā)生的定子匝間的不合格品檢查，發(fā)現(xiàn)占20%的定子鐵心壓裝完畢后，定子鐵心的總長不一致，超差值竟達2 mm之多，直接影響到定子線圈的端部直線距離，造成端部匝間。

通過對定子片和壓裝工裝的檢查，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

(1)定子沖片毛刺個別批次較大，毛刺高度在0.06～0.08 mm。由于沖片是復(fù)模沖制，沖片毛刺集中于某幾點，沖片疊壓后局部毛刺高點不能全部消除，導(dǎo)致局部超高。

(2)定子壓裝的壓頭不平，平面高度不一致?，F(xiàn)用壓裝上壓頭由于長時間使用，經(jīng)常加工零活個別時造成局部壓力集中，壓裝上壓頭局部變形，端面凸凹之差達到3～5 mm，用其壓裝定子疊片必然會導(dǎo)致定子壓裝端面不平。

針以上兩個問題采取如下措施：

(1)嚴格控制沖片的毛刺高度在0.05 mm以下，經(jīng)常進行檢查，當發(fā)現(xiàn)毛刺大于0.05 mm時，及時修磨定子復(fù)模，確保定子沖片質(zhì)量。

(2)對壓裝上壓頭進行修理，將凸凹不平之處磨平。定期檢查，始終保持其端面的平整度。

這兩項措施實施以后，定子鐵心壓裝質(zhì)量有了很大提高，基本消除定子鐵心壓裝長度不一致的問題。在嵌線過程中，由于線圈長度一定，定子鐵心長度保證，使線圈端部距離始終保持在設(shè)計值內(nèi)，避免了線圈端部過短造成的繞組端部匝間現(xiàn)象的發(fā)生。

2 線圈繞制完成后的定型處理

開關(guān)磁阻電機采用左右嵌線結(jié)構(gòu)，集中式繞組套入定子凸極。集中繞組的特點是，線圈匝數(shù)多，定型困難，嵌線難度大，嵌線完成后，在左右兩個繞組之間、繞組與鐵心之間會留有一定的空隙。集中式繞組，通常繞制成矩形線圈，經(jīng)紗帶包扎定型，再經(jīng)浸漆烘干處理后，嵌裝在凸形磁極的鐵心上。但是這樣制作過程繁瑣，浸漆烘干后線圈硬度大，尺寸稍有偏差就很難嵌入定子槽內(nèi)，無法整形。具體做法是使用回彈性小的漆包線，防止線圈繞制完成后的變形；線圈繞制完成后，用尼龍錘稍做整形，用絕緣紙包裹線圈的直線端部分，再用紗帶捆綁結(jié)實，實現(xiàn)定型。嵌線時，即使線圈尺寸有偏差，也可以隨意調(diào)整，單槽線圈嵌線完成后，將紗帶剪斷抽出，插入槽楔即可。整機嵌線完成后再進行浸漆烘干，這樣的做法省時省力，節(jié)約成本。

3 定子鐵心槽內(nèi)放置線圈定位裝置

集中繞組采用左右嵌線方式，右邊線圈嵌入后，再嵌入左邊線圈，在嵌入左邊線圈過程中，大力擠壓右邊線圈，由于槽滿率高，線圈匝數(shù)太多，當左邊線圈完全嵌入后，經(jīng)常會有個別銅線在沒有包裹絕緣紙的線圈端部離股，將這幾根離股銅線拽回槽內(nèi)時，就會造成離股銅線的彎曲變形，擠壓后易出現(xiàn)絕緣漆皮脫落現(xiàn)象，造成匝間短路，圖1就是出現(xiàn)離股現(xiàn)象存在質(zhì)量問題的繞組。為了解決該項難題，我們設(shè)計了一個線圈定位裝置，安放在定子槽內(nèi)，將成型線圈放置在定位裝置內(nèi)，有效防止了左右線圈相互擠壓變形，如圖2所示。

圖1 無定位裝置線圈

圖2 安裝定位裝置后線圈

4 浸漆前預(yù)烘

預(yù)烘階段，溫度稍低，由于采用了真空浸漆，預(yù)烘的溫度我們控制在 130±5℃而不是沉浸的80～90℃，烘干時間為3 h，預(yù)烘階段的目的有兩點驅(qū)除繞組中的潮氣，提高繞組浸漆質(zhì)量；提高工件浸漆時溫度，當工件與絕緣漆接觸時，絕緣漆黏度降低，可以很快地浸透到繞組中去。若預(yù)烘溫度控制不好，溫度過高，一則溶劑揮發(fā)過快，繞組表面易形成許多小孔，影響浸漆質(zhì)量；二則使得工件表面漆結(jié)成膜，滲透到絕緣內(nèi)部的溶劑不易揮發(fā)，不易烘干。如果發(fā)生此種現(xiàn)象，應(yīng)立即加大通風(fēng)量，開大進出風(fēng)口或間斷打開烘房門。

我公司使用RH-54-2號臺式浸漆烘干爐進行烘干。在智能控溫表上設(shè)定預(yù)烘溫度；當風(fēng)機運轉(zhuǎn)正常后，按下加熱運行按鈕，觀察盤面三相電流應(yīng)平衡(約80 A)；盤內(nèi)冷卻風(fēng)機運轉(zhuǎn)正常；完全打開烘干爐排氣開關(guān)，開始加熱。將工件加熱到工作溫度130±5℃，保持時間溫度3 h。在保溫期間，每20 min強排風(fēng)機定時運行3 min。預(yù)烘結(jié)束后，按下盤面加熱停止按鈕，2～3 min后，按下風(fēng)機停止按鈕，打開爐門，拉出平車。

在實際工作過程中，我們是采用以下方法來決定預(yù)烘時間的：在預(yù)烘過程中，測量繞組對地的絕緣電阻來決定預(yù)烘時間。測量時搖表的一端接在三相繞組并接在一起的一個頭上，另一頭接到定子鐵心上，從工件入爐開始，每過半小時(或1 h)測量一次絕緣電阻，記錄所測結(jié)果和當時的溫度，直到連續(xù)測量三次絕緣電阻不再變換，說明絕緣電阻已經(jīng)穩(wěn)定，繞組內(nèi)部已經(jīng)干燥，這段時間在適當增加10%～20%，即為預(yù)烘時間。

5 采用真空浸漆

由于開關(guān)磁阻電機定子繞組采用集中嵌線方式，定子繞組內(nèi)間隙較大，為了使絕緣漆最大限度的填充繞組內(nèi)部空隙，我們采用了真空加壓浸漆法，而不是常用的沉浸法。其具有以下優(yōu)點：浸漆質(zhì)量高，容易浸透，可以使定子繞組線圈的吸潮能力減至最小程度；降低運行溫度和電機溫升。真空浸漬可以實現(xiàn)完全填充，絕緣漆良好地代替了內(nèi)部空氣間隙，提高了導(dǎo)熱性，一般可降低溫升5 K～10 K；提高整體性。真空浸漬使絕緣漆幾乎完全填充絕緣內(nèi)部，加強了整個繞組的整體性，繞組在運行過程中各部分不會單獨移動，減少了因振動摩損引起的故障；節(jié)約能源和降低成本。由于真空浸漬和R-1140F級快固化無溶劑浸漬樹脂絕緣漆的使用，使得干燥時間比普通沉浸縮短五分之一，干燥溫度比普通沉浸降低10℃～20℃；提高繞組耐環(huán)境條件能力。由于真空浸漬，整個繞組被浸漬漆嚴密包封，表面漆膜光滑亮澤，使得污染物、潮濕氣體和化學(xué)氣體不能進入內(nèi)層，消除了由于導(dǎo)電介質(zhì)架橋引起的故障；改善工作環(huán)境，符合環(huán)保要求。由于真空浸漆，整個浸漬過程包括輸漆和浸漆.都是在全封閉的條件下進行和完成的，整個干燥過程包括凝膠和固化，漆的揮發(fā)成份相當少，很少有氣味散發(fā)。

具體工藝過程如下：開啟苯回收裝置及浸漆缸吸風(fēng)開關(guān)。待工件冷卻到50℃～60℃時，進行浸漆，啟動真空泵，2號浸漆缸抽真空至-0.09 MPa，停真空泵，通過窺視窗觀察漆面沒過工件50～100 mm，再次啟動真空泵，繼續(xù)抽真空至-0.09 MPa以上，保持5 min，如中間真空度降至-0.09 MPa，可繼續(xù)抽真空保持真空度不低于-0.09 MPa。

回漆：解除2號浸漆缸真空，對1號浸漆缸抽真空至(-0.06～-0.08)MPa，關(guān)真空泵，回漆，通過窺視窗觀察2號浸漆缸漆面下降情況，當漆快回凈時，一聽到有過氣聲或觀察真空度明顯下降時，立即解除1號浸漆缸真空。

滴漆：工件在常壓下滴漆 40～50 min。可在浸漆缸內(nèi)滴漆 20 min，浸漆缸外回收滴漆架滴漆20～30 min。

采用真空浸漆，必須注意以下幾個參數(shù)的控制：真空度≤-0.09 MPa；真空保持時間≥5 min；漆的黏度控制，每漆的粘稠度必須符合表1中的規(guī)定；漆面沒過工件的距離：50～100 mm。

表1 R-1140F級漆溫度與粘度對照表(4# 福特杯)

6 控制烘干溫度和時間

浸漆后的烘干過程比較復(fù)雜，分為兩個階段進行，一次高溫烘干階段和二次高溫烘干階段。烘干階段溫度控制在130～135℃之間，區(qū)別于沉浸的155±5℃，烘干時間≥6 h，在烘干過程中，每隔20 min強排風(fēng)機定時運行3 min，烘干階段的目的是為了使漆基氧化，在工件表面形成牢固的漆膜，此時需要不斷地補充新鮮空氣。高溫和換氣能加速氧化和聚合過程，使得烘漆時間短，提高漆膜強度。

具體工藝過程如下：定子浸漆完畢入60 kW 浸漆烘干爐，設(shè)定智能溫控表溫度，溫度控制在 130～135℃之間；按下盤面風(fēng)機運行按鈕，待風(fēng)機運轉(zhuǎn)正常后，按下加熱運行按鈕，觀察盤面三相電源應(yīng)平衡(約100A)，檢查烘干爐排氣口、進氣口應(yīng)完全打開；檢查噴漆罩吸氣口應(yīng)關(guān)閉，浸漆吸氣口應(yīng)關(guān)閉，觀察烘干爐引風(fēng)機運行是否正常，符合設(shè)定要求。在烘干過程中，每隔20 min強排風(fēng)機定時運行3 min。在浸漆洪干的全過程中苯回收裝置(廢氣凈氣器)始終開啟工作。操作者在看爐過程中要經(jīng)常觀察烘干爐、烘干爐強排風(fēng)機、苯回收裝置工作情況，如有異常需停爐找維修人員檢修，嚴禁設(shè)備帶病工作。要保持浸漆車間頂部換氣扇開啟工作狀態(tài)，以免浸漆室漆苯味過濃。第二次浸烘參數(shù)要求操作方法同第一次浸烘；烘干結(jié)束停爐后，出爐，工件出爐溫度不低于100℃。

7 繞組端部覆蓋漆的噴涂

將183晾干漆或R-302(紅色)覆蓋漆攪拌均勻，用1140-X溶劑調(diào)到適當粘度(當漆溫為20℃時粘度為30～35 s)經(jīng)過濾后裝入噴槍漆桶內(nèi)，氣壓控制在0.3～0.5 MPa，繞組溫度不低于80℃。開啟苯回收裝置，打開噴涂罩吸風(fēng)口開關(guān)。將定子放置噴漆吸風(fēng)罩附近，距吸風(fēng)罩0.2～0.5 m，高度在吸風(fēng)口中間進行噴涂。噴涂部位為繞組兩端伸出槽外部分，定子鐵芯內(nèi)膛。要求噴涂均勻，不得有漏噴現(xiàn)象，漆膜光亮無漆餾、氣泡、起皺、脫皮現(xiàn)象。覆蓋漆噴涂后需經(jīng)24 h 晾干。

8 結(jié)束語

綜上所述，從影響定子繞組質(zhì)量的幾個方面進行控制和改進，2012年8月以后，定子繞組匝間的現(xiàn)象大幅減少，其采取的措施和方法行之有效，產(chǎn)品質(zhì)量提高明顯，工藝裝備及質(zhì)量管理上了一個新的臺階，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]王宏華.開關(guān)磁阻電動機調(diào)速控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[2]劉迪吉.開關(guān)磁阻調(diào)速電動機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[3]邱亦慧.基于簡化磁鏈法的開關(guān)磁阻電機間接位置檢測[J].中國電機工程學(xué)報，2001，21(10)：59-62.