大容量高可靠性异步电动机制造工艺研究

刁明勇，涂 强

(东方电气(德阳)电动机技术有限责任公司，四川 德阳 618000)

0 引言

大容量高可靠性异步电动机是工业领域的重要产品，广泛应用于各类电厂、钢厂、科研院所等领域，在动力系统中起着至关重要的作用。例如钢厂的高炉风机电机，能否稳定运行关系到一炉钢水的冶炼成败，对电机的可靠性要求极高；还有核电厂的主泵电机，是核电站的“心脏”设备，主泵电机带动核泵在核岛一回路系统驱动冷却剂进行循环，将热水泵入蒸发器转换热能，是核电一回路控制水循环的关键，稳定性和可靠性关系到核电站安全。

东方电气(德阳)电动机技术有限责任公司生产制造的这类大容量高可靠性异步电动机，质量标准和技术要求明显高于同类常规产品，因此在制造过程中需要攻克诸多难点，才能确保制造质量水平满足产品使用工况和性能要求。

1 大容量高可靠性异步电动机结构特点和制造工艺

大容量高可靠性异步电动机一般为鼠笼转子结构，可采用立式和卧式结构，铜条一般为合金铝青铜。定子铁芯采用拉紧螺杆定位，采用一边叠片、一边焊接的装配工艺，铁心内径公差仅为±0.1 mm。定子线圈装配间隙小，采用热压下线工艺，为满足定子耐电晕质量，定子线圈端部间隙和端部固定要求高。定子GVPI浸渍2次或3次，浸渍参数、出罐进炉时间、烘焙参数等控制严格，浸渍烘焙完成后定子浸泡在水箱内进行电气试验。转子为笼型结构，铝青铜条和端环之间采用整体中频感应焊接工艺。转轴采用合金锻件材料，“滑转子”、通风沟等均为加工成形，精度要求极高。铁芯与转轴采用热套工艺，转子装配完成后须进行额定转速下的动平衡和超速试验。

2 制造工艺和关键过程

2.1 定子铁心内装压工艺

定子铁心采用内装压结构，是用拉紧螺杆将上、下压圈把紧，将铁芯压紧，拉紧螺杆与机座环板进行焊接。由于使用拉紧螺杆作为叠片基准，拉紧螺杆的装配精度要求极高，这样才能保证叠片槽型和内径公差尺寸。

为了准确装配拉紧螺杆，制作专门的定位、调节工装，通过工艺试验研究出特定的焊接参数，并采用一边叠片、一边焊接螺杆的焊接工艺方法，减小螺杆的焊接变形[1]，叠片质量得到了很好的控制，铁芯槽型宽度公差可控制在0.06 mm以内，铁芯内径公差可控制在±0.1 mm，铁芯装配质量能完全满足技术要求。

2.2 定子线圈装配工艺

2.2.1 线圈下线

定子电压等级为10 000 V，定子线圈的宽度比铁芯槽宽，尺寸大，槽满率偏高，给下线带来较大困难，而且作为圈式线圈，线圈直线部分未胶化且长度达1 200 mm，非常容易发生弯曲，给定子下线造成了相当大的困难。

为解决这一难题，通过常规的直接下线或冷压下线均不能满足要求。为了顺利下线，使用专门的热压设备和热压模具，采用热压下线工艺，将线圈加热至一定温度并保温一定时间，然后将线圈嵌入铁芯槽内，同时在槽口处采取保护措施，避免损伤线圈绝缘。

2.2.2 线圈端部绑扎

由于定子要做整体电晕试验，对线圈端部斜边间隙和绑扎要求很高，不均匀的端部形状是导致电晕产生的重要原因之一，通过精细的端部整形、绑扎工艺以及样板检查手段，可以将线圈端部尺寸控制在技术要求内。

2.2.3 测温元件装配

定子线圈装配过程中还有2个重要细节，关系到产品质量的可靠性：一是定子测温元件的装配，二是线圈端部的焊接并头。①定子测温元件使用硅橡胶固定在层间垫条内，然后在工装模具中施加一定压力并加热固化成型，模拟测温元件在定子中的受力状态。最终测温元件装配可以在压力状态下，不同温度下阻值的变化满足要求。②线圈并头采用并头块焊接结构，焊接质量极高，焊接质量可靠稳定，因此在使用直流电阻进行考核时，采用的是每个极相组进行比较，偏差不大于1%，考核标准大大提高了。

2.3 定子GVPI浸渍烘焙工艺

由于这类电机的高可靠性要求，定子GVPI后的电气试验有直流泄露试验、局方试验、介质损耗试验、浸水试验等，电气试验考核标准值非常苛刻。经过分析和工艺试验，研究出定子多次浸漆和定子先凝胶烘焙再进行固化烘焙的工艺方法，能大大提高定子绕组的挂漆量，线圈槽内和端部间隙能被浸渍漆填充完整和均匀，提高了定子绝缘性能，最后电气试验均满足考核要求。

2.4 转轴加工工艺

转轴材料为低合金锻钢，转轴上的“W”形通风槽和下导轴承的“滑转子”都是切削加工出来，对加工应力变形的控制非常重要。加工过程中粗车、半精车、精车与粗铣、精铣交替进行，控制加工应力对转轴精度造成的影响[2]。“W”形通风槽的分度直接影响转轴在圆周方向的质量分布，因此在精铣“W”形通风槽时要使用高精度分度盘控制分度精度。“滑转子”处的形状和位置公差要求很高，在转轴加工过程中难度最大，依靠成型车刀和数控编程相结合的方式，达到了产品质量要求。

2.5 转子铁芯叠压工艺

转子的额定转速为1 500 r/min，转子铁芯为整圆冲片，直径超过1 m，叠片过程不允许使用调节片调整铁芯波浪度，对冲片质量提出很高要求。在冲片制造时，硅钢片原材料的厚度公差控制在0.10 mm以内。冲片落料时，采用旋转角度落料和旋转角度刷漆，避免厚度误差累积，避免冲片同板差[3]。

转子叠压过程中多次进行预压，确保段长、偏心等参数符合质量标准。铁芯的紧量检查非常严格，不是使用常规电机铁芯检查的弹簧紧量刀进行检查，而是采用薄刀片，确保铁芯紧量满足要求。铁芯的片间压力要求为拉紧螺杆伸长后的残余值，通过工艺试验后确定了该压力值。

2.6 转子端环中频感应焊接工艺

转子铜端环与铜条的焊接为整体中频感应焊接，为了满足电机“二次启动温升”的高可靠、稳定性要求，必须保证端环与铜条的焊接牢固性，提高焊接质量。

焊接前严格控制以下工艺要求：铁芯垂直度、端环和铜条表面洁净度、端环与铜条之间的间隙、焊料类型和数量、环境湿度大小。焊接过程按照规定工艺参数进行升温、保温和降温，让钎焊料在端环熔池形成均匀饱满的焊缝。焊缝PT、VT检查满足技术要求。

2.7 转子铁芯套轴与动平衡工艺

转子铁芯加热后套在转轴上，由于配合紧量较大，加热温度要控制在190℃～210℃。为保证热套过程顺利进行，热套前要确认热套间隙不小于0.2 mm。铁芯热套完成后，冷却过程要使用扳手对压紧螺母进行把紧，减少铁芯收缩的影响。铁芯冷却后，精确测量铁芯压圈和转轴的间隙，配加工每一个弧键，确保铁芯热套不影响冲片紧量。

3 结语

大容量高可靠性异步电动机制造工艺采用了多项关键措施和方法来保证产品的高可靠性要求，近20项制造工艺技术的研究和成功应用保证了这类产品的性能指标，这些成果的应用为该型电机的制造奠定了基础。同时，这些工艺技术也可应用于其他异步电机产品，尤其是国内使用的进口高端电机领域，对高端异步电机的国产化有促进和推动作用。