...新技术诊断大型同步电机转子绕组故障
摘 要：介绍超超高效自启动永磁同步电动机主要结构，转子装配的工艺流程，磁钢的磁通量检测方法，转子装配完磁钢后，检查其极性的方法，描述工厂生产中因磁钢装反引起的故障现象、实验排查方法。以减少电机返修率，提高电机装配一次合格率，提高生产效率，提高日产量。
关键词：永磁电机；磁钢；故障分析
超超高效自启动永磁同步电动机广泛应用于农业机械、风机、压缩机、机床等行业，与传统的单三相电机相比有明显的优势。此款电机效率能达到IE4，而普通异步机只能达到IE2，功率因数高约为0.92-0.98，无功电流小，定子电流大幅度下降，定子铜耗大为减小，因而在25%-125%负载范围内具有高效率、高功率因数。三相异步电动机在75%-100%负载附近效率、功率因数较高，在轻载时运行效率很低，超超高效自启动永磁同步电动不仅在额定点的效率、功率因数高于异步机，而且在整个负载范围内都有很高的运行效率和功率因数。工作温升低，与同功率异步电动机相比，在相同负载条件下最低工作温度低10-20℃。
效率高，为企业的节能减排，降低运营成本，提供了有利条件，功率因数高，对电网运行的影响小，工作温升低，延长电机的使用寿命，永磁电机的高效、节能性必将给用户带来巨大的经济效益。
1 定、转子结构
超超高效自启动永磁同步电动机定子一般采用Y2系列异步机片型，定转子气隙比异步机大0.05-0.10mm左右，转子内嵌磁钢，鼠笼结构转子铸铝，转子冲片铸铝槽一般采用平底槽，转子铸铝端环较异步机窄、高，特别是小功率电机转子端环高度较异步机高5mm左右。
转子内嵌磁钢，不易斜槽，转子为直槽，定子为斜槽，斜槽的角度不同对电机性能影响很大，通常采用斜1个槽的齿距，以减少齿槽转矩，降低杂散损耗，振动和噪音。
2 磁钢磁通测量方法
磁钢性能的一致性是永磁电机性能、批量生产的前提保证，磁钢性能一致性可谓是永磁电机生命的原动力。为保证磁钢性能的一致性，首先应该选择有资质的供应商，对供应商的实际生产能力、试验水平、磁钢资质证书等进行实地考察，磁钢入厂必须做进货检验，进货检验时想要对磁钢关键参数如剩磁Br，矫顽力Hc，磁性曲线等进行检验是不切实际的，这些专用的磁钢检验设备价格昂贵。解决这种矛盾比较妥善的方法，一方面每批磁钢进货，都需要求供应商提供磁钢关键参数的检测报告。另一方面结合工厂实际检测成本和能力，采用磁通测试仪对磁钢进行磁通量测试，此种方法有效可行，具体的操作步骤如下：
步骤一：磁钢未放置之前，磁通测试仪先归零。步骤二：磁钢摆放，磁钢N极向下，S极向上，测量N极磁通并记录。步骤三：磁钢摆放，磁钢S极向下，N极向上，测量S极磁通并记录。步骤四：同一块磁钢N、S极磁通量偏差不超过5%，N、S极磁通量的平均值与标准值相比，不超过5%。
3 转子磁钢装配
磁钢具有很强的吸附力，在靠近槽口会偏离直接被轴或铁心吸附，在没有强劲准确的导向保证很难入槽，如果入槽后偏离将很难分开，磁钢破碎也很难清理。
装配现场不准有铁制工具，在醒目位置明确警示，工作场地干净清洁不允许有铁屑，焊渣和铁磁性废物。装配前应核对所用的磁钢、转子等零配件是否与技术文件要求的一致。
（1）用数字磁通磁场测试仪测试每一块磁钢的磁通量，并作标记，选出磁通量接近的磁钢（磁通量偏差不超过2%）。（2）将假磁钢从磁钢槽的一端插入，另一端退出，如果毛刺太大，可先用平挫，挫一下槽内，用铜锤敲击假磁钢，使假磁钢从磁钢槽内顺畅通过。（3）清理干净磁钢槽内的铁屑，用酒精将转子外表面、磁钢表面擦拭干净，用不干胶将转子包裹，防止磁钢镶嵌过程中吸附铁屑等磁性杂质。（4）用磁钢导向胎套入转子任意一端对准开口确定N极S极。（5）镶嵌磁钢时N极标记向外，S极标记向里，根据标示出的磁极，取磁钢，用橡胶锤将磁钢轻轻敲如槽内，先装满一个槽，然后再装相邻的槽，直至转子磁钢槽都嵌满，装配时注意，磁钢表面不应超过转子冲片表面。（6）磁钢镶嵌过程中如果遇到掐住情况可用铜锤轻轻敲打，但不可大力击打磁钢以防止破碎，将所有磁钢镶嵌到位，对齐后可用指南针或磁铁检验N、S是否正确。（7）用电木和卡簧挡住磁钢防止滑出。（8）将装配好的转子摆放在专用的转子架子上，间隔一定的距离严禁堆叠在一起。
4 磁钢装反故障现象、实验排查
一个磁钢槽内通常由2-4片磁钢组成，转子的长度越长，磁钢片数越多，大量的转子装配结果表明，很少会发生一个或多个磁钢槽内多片磁钢装反，某个槽内的1片磁钢装反，是磁极装反的主要现象。空载实验的方法，电机在额定电压，额定频率，没有负载的情况下直接启动，观察电参数仪上的空载电流、空载损耗变化，以TYCD802-4-0.75kW 400V，50Hz为例加以说明，取2个样机，定子、机座、端盖等结构相同且均合格品，1号机转子合格，2号机有1片磁钢磁极装反，在相同的实验环境下，分别对样机做空载实验。实验结果见图1和图2，1号机空载电流为0.75A，空载损耗为125.8W，2号机空载电流为1.488A，空载损耗为234W，可以看出，磁钢装反后，电流明显上升，空载损耗明显变大。现场检测电机在额定转速下运行伴有强烈的震动和嗡嗡的噪音声，调换2个样机的转子，2号机的正常运行，此种故障现象可以判定为磁钢的磁极装反导致。
5 磁钢更换方法
拆下电机转子，首先要确认是哪片磁钢磁极嵌反，生产中常用的方法有二种。第一种，取一片磁钢，握住磁钢，与转子保持一定的距离，利用异性相斥的方法，先对一个磁钢槽进行检验，按照从上至下的顺序对这个磁钢槽的所有磁钢进行检验，如果出现相吸的力，判定此块磁钢嵌反。第二种方法，用磁通测试仪的磁通密度档B（T），检测转子表面的极性正负值，将探头与转子表面保持0.5cm左右的距离，慢慢转动转子，观察B（T）值的变化，在转子一个圆周内会出现均匀正负交替变化，正负交替周期与电机极对数P值相等。第一种方法优点是比较快捷，但是准确度不高，要求操作者熟练程度比较高。第二种方法准确度高，但是较慢，操作者可以结合实际情况进行选择。
6 结束语
大力发展超超高效自启動永磁电机成为一种必然趋势，转子磁钢装配、检测是永磁电机制造的关键，本文总结了工厂多年的实际生产经验和检测方法，为超超高效自启动永磁电机生产提供技术指导，为其稳定运行提供了可靠保障。
参考文献
[1]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]李钟明，刘卫国.稀土永磁电机[M].北京：国防工业出版社，1999.
作者简介：蒋志玲（1985-），女，毕业于沈阳工业大学电气工程学院，现从事电机电气、机械设计工作。
