電機制造中檢測技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用和制造工序分析

李會波

河北新四達電機股份有限公司，河北石家莊，052160

0 引言

制造業(yè)的進步與發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，電機檢測技術(shù)不斷升級，使其在電機制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。充分做好質(zhì)量檢測，加強電機制造的質(zhì)量管理和控制力度，確保電機運行穩(wěn)定。

1 電機制造業(yè)及檢測技術(shù)設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)濟全球化的發(fā)展模式給我國電機制造業(yè)帶來許多機遇，但與此同時也帶來了不少挑戰(zhàn)。電機制造行業(yè)的競爭也越來越激烈，我國電機制造行業(yè)為獲得更多的市場發(fā)展，產(chǎn)品的側(cè)重點逐漸向包裝設(shè)計等方向發(fā)展。根據(jù)有關(guān)部分發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，電機生產(chǎn)制造企業(yè)的收入呈上升趨勢，這也代表人們對電機的需求不斷增長。我國的電機制造業(yè)從起初較為單一且不夠智能化、以針式儀表和數(shù)字儀表設(shè)備為主的檢測方式到現(xiàn)今不斷交流融合，單片微處理器技術(shù)促使智能化檢測儀器的生產(chǎn)應(yīng)用更加廣泛，傳統(tǒng)檢測儀器提供檢測數(shù)據(jù)準確度不高的弊端也逐漸消失，智能化儀器通過直接對電機的電流電壓進行檢測，提供的數(shù)據(jù)也更為準確。目前，我國主要是利用靜止變頻試驗電源、特殊的濾波器，將輸出正弦波的頻響范圍控制在250Hz以下，THD小于2%，還可以通過對電壓和頻率的單獨調(diào)節(jié)，在運行過程中完成試驗電機的空載及疊屏過程中的無功補償，使電機在負載的狀態(tài)下能夠得到一定的回饋。因此該設(shè)備的廣泛應(yīng)用，在得到了用戶認可的同時也深受著廣大電機制造企業(yè)的偏愛[1]。

實驗方法的標準：電機能效的級別主要是依據(jù)國際電工委員會提出的，其中將電機使用效率分為IE1、IE2、IE3、IE4這四個級別，指標分為50Hz與60Hz兩個級別，效率指標的覆蓋范圍大小為0.75至375kW，級數(shù)大小為兩級、四級與六級。對于電機能效的精準劃分的方式是2006年提出，2008年下半年正式投入使用。而在此之前我國大部分電機能效都處在最低級別，不僅如此這一級別的使用效率也僅僅能夠達到86%左右。

2 電機制造中檢測技術(shù)及設(shè)備的實際應(yīng)用

2.1 檢測試驗

所謂檢測試驗，是指電機定型后批量生產(chǎn)，對組裝為成品的每臺電機的電氣強度、直流電阻和絕緣電阻等進行簡單的試驗。當前檢測試驗系統(tǒng)構(gòu)件主要有試驗電源、控制系統(tǒng)以及分析管理軟件等。在標準的測量系統(tǒng)條件下，以工控機作為主要控制設(shè)備，在對組裝完成的被測電機相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定后，通過一次接線即可完成全部測試項目，在這一過程中，被測電機的數(shù)量沒有嚴格要求，可以是一臺電機，也可以是多臺電機。在測試完成后，系統(tǒng)能夠自行對測試結(jié)果進行分析和判斷，并具有存儲和打印功能。就當前出廠檢測試驗系統(tǒng)的實際情況來看，比較常用的是節(jié)拍式電機出廠試驗系統(tǒng)和批量電機出廠試驗系統(tǒng)。其中節(jié)拍式出廠試驗系統(tǒng)在流水線配套中具有良好的應(yīng)用價值，隨著流水線的移動而完成相應(yīng)工位的檢測試驗任務(wù)，而批量式電機出廠試驗系統(tǒng)在實際檢測試驗工作中進行應(yīng)用時，將同一規(guī)格的電機分別接到工位上，同時依照實際功能對其進行檢測試驗[2]。

2.2 電機轉(zhuǎn)矩在線監(jiān)測

如今，設(shè)備儀表的在線監(jiān)控是保持設(shè)備穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。自電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測技術(shù)出現(xiàn)開始，便受到了市場的一致好評，被廣泛地應(yīng)用到機床的制作領(lǐng)域之中。隨著機床技術(shù)的不斷發(fā)展，越發(fā)精密化自動化的需要，也被動地帶動了設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的逐步發(fā)展，這也使人們針對機床提出了更高的性能要求。為了保證機床平穩(wěn)安全的運行，一套精密準確的監(jiān)測反饋系統(tǒng)，更能夠幫助人們針對設(shè)備的穩(wěn)定運行情況進行細致的剖析。針對于瞬時的電機波動，調(diào)速所產(chǎn)生的異常，能夠及時地發(fā)現(xiàn)和處理，并通過反饋數(shù)據(jù)異常的行為完成異常檢修，大幅提升了生產(chǎn)車間的安全環(huán)境，避免因電機的瞬時停轉(zhuǎn)導(dǎo)致的工廠鏈式反應(yīng)。但電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用的過程中，卻因為傳感監(jiān)測價格昂貴、投資大、回報小，而且產(chǎn)生的經(jīng)濟效益處于一種隱性狀態(tài)，無法產(chǎn)生明確的資金回流，所以導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)距的在線監(jiān)測缺乏進一步改進的動力。然而隨著智能化的不斷發(fā)展，內(nèi)置傳感器電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測體系已經(jīng)成為了配合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要助力，也是當前國內(nèi)外的熱點研究方向之一。

2.3 組件性能檢測

根據(jù)有關(guān)研究表明，電機組件因型號與生產(chǎn)規(guī)模的差異會有不同的檢測需求。一般我們需要通過半成品實驗、型式實驗以及檢測實驗，針對于設(shè)備所處的不同環(huán)境以及設(shè)備檢測的需要來確定檢測方案。也就是說設(shè)備在大批量的生產(chǎn)過程中，需要的是一種材料強度功能上的半成品檢驗。在設(shè)備出廠之后，需要的是針對于整體性更強的檢測試驗方法。然而當設(shè)備數(shù)量較少，或者需要進行特定的功能檢測時，則需要形式試驗來完成專項的檢測。以rdc2512測試儀為例，該儀器主要用于測量低電阻，操作簡單、測試功能好。第二個是rzJ和PVT測試器。RzJ繞組匝間沖擊耐壓測試儀主要用于測量因阻抗不平衡引起的匝間短路和設(shè)備故障，其原理是利用激波波形的比較來判斷設(shè)備的運行狀態(tài)。

3 電機制造業(yè)檢測技術(shù)與設(shè)備特點分析

結(jié)合現(xiàn)階段電機制造檢測技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，得知在檢測過程中，由于電機型號不同，采用的檢測技術(shù)和設(shè)備也不同。采用良好的檢測技術(shù)和設(shè)備，可以保證電機部件的性能檢測結(jié)果更加準確。電機制造中的檢測技術(shù)和設(shè)備主要具有以下特點：一是可以保證電機制造水平的更好提高?？茖W(xué)檢測技術(shù)和設(shè)備的有效應(yīng)用，可以幫助電機設(shè)計者進一步了解電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，真正達到提高電機制造水平的目的。第二，電機半成品涵蓋的內(nèi)容特別多，包括繞組溫升試驗、輸入輸出特性試驗、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性及效率試驗、工作效率與控制精度試驗等，采用先進的檢測技術(shù)和設(shè)備，可以確保電機制造中的檢測數(shù)據(jù)更加準確，對電機制造時間可以有效縮短[3]。

4 檢測技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)劣性對比

首先是檢查試驗這種測試方式主要是通過檢測工具中設(shè)置好的標準和符合規(guī)范的參數(shù)，作為具體的制衡手段，通過數(shù)據(jù)理論建立出一整套的反饋參數(shù)，通過事先設(shè)定好的標準程序，能夠?qū)⒋蟛糠值臋C器設(shè)備的具體情況直接傳輸?shù)街锌仄脚_，這也是常規(guī)生產(chǎn)時所需要傳輸?shù)纳a(chǎn)數(shù)據(jù)。 通過這種方式能夠快速地掌握多種機械設(shè)備在出廠時的工作狀態(tài)，通過設(shè)備本身的運行參數(shù)是否符合規(guī)范，來確認和分辨大批量成型產(chǎn)品中的合格品與不合格品。第二種方式就是通過將電機的整體組件、零部件進行具體的檢查。通過生產(chǎn)過程中，基于經(jīng)濟參數(shù)所降低的部分生產(chǎn)標準，針對性地羅列機電設(shè)備在維護保養(yǎng)的后期容易發(fā)生的問題。通過半成品實驗，針對于電機型號的重點標注，可以快速地在后期的維護保養(yǎng)中找到問題的所在。在容易發(fā)生危險的生產(chǎn)單位，這種優(yōu)勢是十分明顯的。對于生產(chǎn)機電設(shè)備的廠家而言，這種試驗方式一定程度上彌補了智能化檢驗的不足，在有效地保證了電機生產(chǎn)質(zhì)量的同時，又為后續(xù)的維護保養(yǎng)工作提供了便利。最后一種就是形式實驗，形式實驗的優(yōu)勢是可以將整套的標準體系完美地融入自動化程序中。由于標準化相同的形式實驗，本身也是生產(chǎn)企業(yè)品牌化的一種標志，因為形式試驗本身在穩(wěn)定的頻率和負載等方面是非常具有優(yōu)勢的。但其缺陷在于調(diào)節(jié)的范圍有限，還有本身具有偏大的噪聲，但如果能把相關(guān)的劣勢順利地規(guī)避，形式實驗便會成為應(yīng)用市場的選擇之一[4]。

5 電機制造中檢測技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用趨勢

在電機制造的過程中，把控質(zhì)量的檢驗技術(shù)本身就有很大的借鑒意義。無論是生產(chǎn)還是制造，都需要電機參數(shù)順利地反饋。在制造電機的一線，我們需要電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測，維持去檢測生產(chǎn)過程中的質(zhì)量。然而電機轉(zhuǎn)具在線監(jiān)測技術(shù)本身在傳輸一線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上就具有獨特的優(yōu)勢。例如在現(xiàn)代機床制作過程中，電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測技術(shù)就可以順利地應(yīng)用于機床本身的反饋監(jiān)測。 由于機床在一線的生產(chǎn)過程中長期地處于高負荷的操作，如果不能夠針對電機的設(shè)備負荷進行及時的監(jiān)控，就容易發(fā)生數(shù)控機床的生產(chǎn)故障，甚至生產(chǎn)事故，對一線的實際生產(chǎn)會造成很大的負面影響。通過電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，我們就能夠順利地通過新的數(shù)據(jù)，甚至包括對于電機溫度本身的監(jiān)測，獲得其運行的參數(shù)。針對電機轉(zhuǎn)速的異常波動，我們就能夠在常規(guī)的周期檢修中重點關(guān)照，預(yù)先發(fā)現(xiàn)隱患。在當前生產(chǎn)一線的發(fā)展狀況中，技術(shù)的穩(wěn)定遠比技術(shù)的先進，更加具有應(yīng)用性。通過電機轉(zhuǎn)距在線監(jiān)測技術(shù)的內(nèi)置傳感器，可以順利地將檢測技術(shù)與實際的生產(chǎn)完成整合，在提高電機檢測效率本身的情況下，也能夠保障生產(chǎn)的安全，有效地降低生產(chǎn)事故發(fā)生的概率。

6 電機中幾種重要的裝備的制造工序及問題分析

電機制造工藝裝備中主要的零部件就是電機中端蓋與機座，這些零件也是保證電機運行問題的重要基礎(chǔ)條件。為整個電力系統(tǒng)的使用帶來保護作用也起到影響作用。所以，需要對工藝裝備中的端蓋與機座的使用性能、質(zhì)量與制造的技術(shù)等提出更高的要求。其中具體的做法主要包含了以下幾個方面：第一，端蓋的制造生產(chǎn)。端蓋是進行連接轉(zhuǎn)子與機座的重要結(jié)構(gòu)零部件，對于整個電機的使用來講，端蓋可以有效保護電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可以通過內(nèi)滾動軸承確保定子與轉(zhuǎn)子之間的對應(yīng)位置與使用安全。所以，對于端蓋的生產(chǎn)加工特別的重要。特別是通過相應(yīng)的研究分析，我們可以在實際的端蓋加工生產(chǎn)中看出，端蓋的生產(chǎn)加工過程比較的簡單，然而卻存在一個嚴重的問題，就是端蓋壁較薄，容易出現(xiàn)變形的情況發(fā)生。如果加工中切削的量過大或者夾緊力過大的時候就會造成端蓋的尺寸與原有的設(shè)計與工藝要求存在很好的偏差。所以，在端蓋實際加工過程中，不同的夾緊力要搭配合適精度的車床進行生產(chǎn)作業(yè)。第二，機座的加工生產(chǎn)。在電機的結(jié)構(gòu)中機座是其重要的組成部件，它對電機起到支撐的作用，可以將定子鐵芯進行固定處理，使各電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。與端蓋相結(jié)合時，還要進行電機繞組的支撐處理與保護措施。這對于電機的使用至關(guān)重要，所以，需要提高對電機機座的質(zhì)量控制與性能使用。所以，對電機制造工藝設(shè)備進行生產(chǎn)的過程中需要根據(jù)實際的情況與使用要求，進行全方面的綜合分析，確保電機整體質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)各項制造工藝技術(shù)的操作[5]。

電機制造過程中電機易產(chǎn)生的問題：舉例說明，我單位在某公司500KW煤磨直驅(qū)改造項目中采用了先進變頻器加永磁直驅(qū)電機，將該單位原本使用的高壓鼠籠異步電動機加減速器的配置，能耗及產(chǎn)量從單位煤粉能耗26.25萬t、年煤磨產(chǎn)量10.7萬t優(yōu)化至單位煤粉能耗降低了20%；煤產(chǎn)量可達17t/h，改變了傳統(tǒng)球磨機系統(tǒng)的傳動模式和傳統(tǒng)裝備的制造模式，有效減少了系統(tǒng)維護量。如果異步電動機中的車定子鐵芯內(nèi)圓尺寸有誤，將會導(dǎo)致電機在運行過程中出現(xiàn)鐵損增加的情況；而轉(zhuǎn)子鐵心外圓的尺寸過小，則會導(dǎo)致電機氣隙的大小不符合設(shè)計要求，在運行過程中，定子諧波漏抗降低，總漏抗值隨之下降，造成電流加大的問題。與此同時，電機氣隙動勢與空載電流在增加過程中，功率因數(shù)會隨之下降，導(dǎo)致電機的運行效率出現(xiàn)問題；反之，如果鐵心外圓的尺寸過大，會造成電機氣隙低于設(shè)計要求，增加轉(zhuǎn)子諧波漏抗的同時，電機總漏抗會隨之增加，電機在運行過程中的最大轉(zhuǎn)距會低于設(shè)計值要求，同樣也會出現(xiàn)運行效率低下的情況；如果電機機座止口與軸承擋，定子鐵芯內(nèi)外圓的圓柱度、周程度等出現(xiàn)不同程度上的跳動偏差時，則會造成不電機氣息不均勻的情況，在運行過程中出現(xiàn)單邊磁拉力過高，引發(fā)異常震動和噪聲。如果不能夠及時加以干預(yù)，將會引發(fā)電機局部燒傷，造成不可逆的傷害。如果電機的定子與轉(zhuǎn)子鐵心之間處于軸向偏移的狀態(tài)，將會造成鐵心長度低于設(shè)計值要求，電機會出現(xiàn)空載電流增加、功率因數(shù)下降的情況。技術(shù)人員需要全方位檢查電機機座內(nèi)圓表面的粗糙程度，使其控制在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)過多缺陷，對定子鐵心與基座予以保護，減少接觸不良現(xiàn)象的發(fā)生；電機機座止口、端蓋軸承室止口、軸承擋等相關(guān)零部件的尺寸一旦偏離設(shè)計值，將會導(dǎo)致電機無法順利安裝。如若在安裝之后發(fā)現(xiàn)此問題，將會造成電機運轉(zhuǎn)不暢或抱死現(xiàn)象；當軸承室與軸承檔的尺寸不符合設(shè)計要求，會造成滾動軸承的內(nèi)外圓發(fā)生不同程度上的變形，技術(shù)人員可以通過分析電機的異常振動或噪聲大小來判斷其損耗程度。如果同步電機的氣隙過小，在運行過程中同步電抗將大于設(shè)計值，短路比下降同時電壓增加，將會直接影響到電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性能，持續(xù)降低運行效率。如果氣隙出現(xiàn)分布偏差問題，則會造成電機在運行過程中出現(xiàn)線電壓波形畸變，導(dǎo)致線路損耗持續(xù)加大。如果直流電機的氣隙過大，勵磁電流與損耗程度也會同步增加，進而降低電機的運行效率；反之，如果直流電機的氣隙過小，在電樞反應(yīng)的持續(xù)增加下，電機的性能會出現(xiàn)不同程度上的波動；當電機定子與轉(zhuǎn)子的同軸度偏離設(shè)計值時，會引發(fā)電樞繞組，致使銅損率提升。在這一過程中，電機的電流換向會異常困難，導(dǎo)致電機換向器出現(xiàn)火花。

7 結(jié)語

我國社會經(jīng)濟的發(fā)展離不開制造行業(yè)的支持，制造行業(yè)也為人們的生活提供更多、更好的基礎(chǔ)，面對各種新技術(shù)與新工藝的發(fā)展與使用，為加速提高社會經(jīng)濟發(fā)展水平，應(yīng)對電機制造工業(yè)的生產(chǎn)進行嚴格的控制管理，高水平的檢測技術(shù)是保障電機制造質(zhì)量的重要部分，為社會經(jīng)濟提高作出貢獻。因此，對于電機制造工藝及裝備等加強檢測質(zhì)量，是制造行業(yè)中的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。