一種電機轉子跳動檢測裝置的設計及應用

韋俊杰

（江門市維凱智能裝備有限公司， 廣東 江門 529000）

0 引言

電動機是一種能量轉換裝置， 根據(jù)電磁感應定律轉換或傳遞電能和機械能。這主要是通過扭矩來實現(xiàn)的。各種機械設備的能源廣泛應用于醫(yī)藥、制藥、機械、運輸、建筑等行業(yè)[1]。電機的運行原理是憑借電機核心轉子控制開關組成碳刷轉換開關， 將感應式交流電機力轉化為直流電機力轉化為轉子線圈，接著將電勢從碳刷端引出來，充當各式各樣元器件的主要來源。 發(fā)動機的安全可靠啟動在公司生產(chǎn)和生活中尤為重要。 特別是在一些典型的電機故障案例中， 電機轉子繞組間斷路頻率是相對較高的范圍，是危害企業(yè)安全生產(chǎn)的主要因素其中之一[2]。 電機轉子是電機的關鍵構成部分，轉子一般由勵磁線圈、電磁線圈導線和阻尼器定子繞組所構成。 在電機高速運行過程中， 這些裝置在較高的電流和較大的離心力作用下工作，當超過極限強度時，在其中一個或部分上會導致節(jié)點損壞。 特別是轉子繞組是可能發(fā)生故障導致轉子電路故障的部位。 轉子坡道短路后，電路的短電流很容易形成，從而導致機械故障，例如局部過熱，減少介導，電壓形變形和單位振動； 如果轉子繞組線圈的不對稱短路導致轉子與地面絕緣損壞，從而導致嚴重的接地故障，導致轉子被大軸磁化，從而進一步加強軸頸和軸瓦的焙燒，嚴重威脅電機自身的安全運行， 能夠及時有效地檢測跨匝短路故障，闡明了短路故障的總體趨勢，動態(tài)分析作出了最合理的防治和故障維修補救措施， 進而能夠達到了故障預警的效果，對增強發(fā)動機整體運行、降低運行成本、提升操作系統(tǒng)發(fā)動機正常運行安全性能擁有重要的試驗和綜合效益[3]。

1 電機轉子故障診斷方法的現(xiàn)狀

常見的轉子檢測方法通常包括以下幾種：

1.1 使用數(shù)字式萬用表

這是過去一些小企業(yè)常用的方法。 具體操作包括用兩個探針直接接觸開關，測量片間線圈的相應電阻，或接觸開關（線圈）和軸（鐵芯）。 這種方法的優(yōu)點是檢測設備成本低，但缺點是操作麻煩且耗時[4]。 由于儀器的測試精度有限，無法自動補償測試探針的引線電阻和接觸電阻，測試結果通常只能發(fā)現(xiàn)轉子線圈斷開， 部分線圈繞組直流電阻大，線圈匝間短路嚴重，開關間短路、嚴重虛焊、線圈外殼嚴重損壞等[5]。

1.2 使用低電阻測試儀（毫歐計或微歐計）或精密電橋

這種方法也常用于一些中小企業(yè)。 盡管測量該儀器的四條線基本上可以補償接觸電纜的接觸電阻和測試連接器電纜，并且測試精度也很高，但實際上，只有繞組測試范圍低強度轉子。 并未完全解決數(shù)字萬用表的常見缺陷。由于測試過程中的擰緊非常麻煩且耗時，因此在快速生產(chǎn)過程中這種情況實際上很少見[6]。

1.3 在轉子換向器片間加載電流測試

過去，在一些生產(chǎn)低強度轉子的工廠中，也可以看到使用穩(wěn)壓直流或穩(wěn)流電源測試轉子的方法。 目的是發(fā)現(xiàn)虛假焊接，增加流過線圈繞組的電流。如果使用兩條或四行測量， 則只能找到嚴重的轉子焊接故障。 且測試速度慢，容易因大電流接觸而導致開關局部損壞[7]。

1.4 使用工頻交流耐壓儀或搖表（兆歐計）

這類儀器用于工頻變壓下電機轉子強度試驗， 轉子繞組和開關之間的測試隔離性能可以直接測試轉子和土壤繞組隔熱力。 共同的儀器只能檢測到較差的傷口繞組狀態(tài)，絕緣斷裂或直接折斷殼；在使用具有電壓檢測功能的技術性高頻耐久儀器的情況下， 還可以檢測到微弱的放電燒傷[8]。

1.5 使用匝間耐壓測試儀

使用這類儀器的主要目的（通常與使用技術夾具結合使用） 是檢查繞組和導線之間以及集電極板之間是否存在短路和絕緣不良現(xiàn)象。由于檢測機制的特殊性，經(jīng)常還可以檢測到線圈斷裂和部分抗嵌件， 但不能檢測線圈繞組和集電極在芯（軸）之間的絕緣性能，更不能檢測到焊接缺陷，甚至虛焊[9]。

2 一種電機轉子跳動檢測裝置的設計及應用案例

2.1 案例背景

轉子跳動檢測是電機生產(chǎn)過程中為了保證電機在高速運轉中保持低噪音低發(fā)熱量的一項技術指標。 目前電機轉子跳動檢測大多為生產(chǎn)過程中由品質(zhì)部門在大量產(chǎn)品中抽取一部分轉子進行人工檢測。 使得部分不合格轉子流向后段生產(chǎn)流程。造成不良率提升，產(chǎn)品穩(wěn)定性不高等影響。 而采取全檢的話，將消耗大量時間和人力。 鑒于以上原因，在轉子生產(chǎn)工序中，自動檢測跳動，并剔除不良品成了亟待研發(fā)的項目[10]。

2.2 問題分析

（1）轉子經(jīng)過入軸鉚壓精車完成后，自動流向測試工位，由于現(xiàn)場在線測試需要穩(wěn)定低震動環(huán)境，要將待檢測轉子暫時離開機臺，由獨立機構隔離機臺臺面。

（2）檢測轉子需要外力轉動轉子，使得轉子360°旋轉，以便位移檢測儀器測得跳動峰值。

（3）測完成后，需要把跳動不合格轉子從合格轉子中剔除單獨存放。

2.3 實現(xiàn)方式

（1）為降低現(xiàn)場震動影響測試結果，設計獨立機構，把待檢測轉子用獨立機構托舉，離開機臺進行檢測。

（2）為了使轉子測試時，模擬實際工況，360°旋轉，在轉子托舉完成后， 在上方設計橡膠滾輪通過直流電機聯(lián)軸器傳動，使測試跳動時轉子轉動。

（3）為了精確測量跳動，選用基恩士GT-70A 位移傳感器，測得峰值，即轉子最高跳動值與最低跳動值。 通過兩者差值判斷實際跳動大小[11]。

（4）為了測試完成后，把不良品與合格品獨立存放，設計剔除移栽機構，把不良品存放在獨立料道上。

2.4 設備設計

（1）設備外觀，見圖1。

圖1 設備外觀圖

（2）檢測說明，見圖2～圖6。

圖2 跳動檢測剔除機構

圖3 托舉機構

圖4 跳動測試探頭

轉子從精車工序完成流向上圖檢測機臺后，被托舉機構托舉，脫離機臺臺面。此時轉子觸碰到測試探頭，見圖5。

圖5 轉子滾動機構

托舉完成，轉子滾動機構下壓，壓緊轉子并開始轉動。此時觸發(fā)位置傳感器開始測量峰峰值。 測量結束后，測試機構復位并流向下一工位，見圖6。

圖6 控制機構

通過跳動測試機構后，控制器記憶測試結果，剔除移栽機構把跳動過大的轉子通過夾抓抓取，移栽到不良品存放料道。跳動測試合格轉子流向合格品料道存放。

2.5 總結

通過實際使用，電機轉子跳動檢測裝置能做到在線全部實時檢測轉子跳動不留隱患，及時剔除跳動過大不合格轉子，并報警輸出，使前段工序即時發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整設備參數(shù)，使轉子當前工序段品質(zhì)穩(wěn)定。

3 結束語

可靠的發(fā)動機操作在生產(chǎn)和使用中尤為重要。 由于在某些常見的發(fā)動機缺陷中， 升高電動機風的短故障發(fā)生率很高，也是影響生產(chǎn)安全性的因素之一[12]。 電機轉子是電機的重要組成部分。 轉子一般由勵磁線圈、 引線線圈、阻尼繞組等組成。 在高速電機運行過程中，這些裝置受到大電流和巨大離心力的影響。 當離心力支撐一個或幾個組件超過極限時，它將導致組件損壞。這對發(fā)動機的安全操作構成了極大的威脅。因此，及時有效地檢測電機轉子跳動，可以指出短路故障的趨勢，分析趨勢，提出合理的預防和消除措施， 降低維護成本并提高系統(tǒng)發(fā)動機的操作可靠性。