高效电机之浅谈减少铸铝转子附加损耗的工艺措施

高效电机之浅谈减少铸铝转子附加损耗的工艺措施

鼠笼型三相异步电机中，铸铝转子的质量直接决定了电机的转子损耗，结合一些制作的设计的经验，对于铸铜转子，转子的附加损耗约为额定功率的0.5%，铸铝转子的附加损耗约占额定功率的1%~3%，所以在目前对效率节能的发展趋势下，需要对转子的附加损耗进行控制，采取一些工艺措施降低电机的附加损耗，电动机转子的附加损耗的种类有多种，对于铸铝铸铜转子，由于导条与转子槽之间无绝缘，导条间通过转子齿的漏泄电流产生部分转子损耗，这部分附加损耗约占额定功率的1％～2％。因附加损耗的存在，使电机效率降低，温升高。为了降低铸铝转子的附加损耗，提高电机的性能指标和经济指标，需要提升铸铝转子质量，从而减少附加损耗，从工艺上有以下措施。

1、转子冲片的磷化处理

磷化处理是用化学或电化学方法，使金属表面生成一种不溶于水、抗腐蚀的磷酸盐薄膜。这种表面磷化膜与金属的结合牢固，有较高的绝缘性能，能耐高温。矽钢片经过磷化处理的磷化膜单面厚度在0.004～0.008mm之间，在1～3MPa的压力下，表面绝缘电阻可达10000Ω.c㎡以上，并有较高的耐压强度（240V以上）。电工钢片的磷化膜可在450℃下长期工作，可经受住铸铝时铝液的680~720℃瞬时高温及铸铝后的短时高温。但经过磷化处理的转子，由于磷化膜的导热性比较差，的原因转子的温升有一定的影响，但结合制作的经验，经过磷化处理的转子其附加损耗降低，但磷化处理工艺比较复杂，生产成本高需要专业的设备降低生产的成本。磷化处理液的配方和工艺如下。

1.1正常法

通过采用磷酸锰铁制剂，磷酸锰铁制剂是一种混和块，分子式为nFe（H，PO，）2mMn（H2PO2）2，其中n、m为铁块与锰块的比例，主要成分（质量分数）：P2O3为46％～52％，Mn大于14％，Fe为0.3%~3%,H20为19％以下。磷酸锰铁制剂27～30g／L，磷化液的温度为95℃，冲片及铁心叠压后均需去油处理，采用甲苯或者四氯化碳进行清洗，使其表面的油污垃圾清理干净，然后将其浸入配置好的磷化液中，进行浸泡30~45分钟，取出后用3%的肥皂水进行冲洗对其皂化，后在进行酸蚀 （浸入50％浓度的工业盐酸中20s），用大量温水冲洗，完成冲片、转子的磷化处理。

1.2加速法

加速法有很多种配方，下面介绍的是正磷酸氧化锌法：

正磷酸H3PO4：40～50g／1；

氧化锌ZnO：9～10g／l；

硝酸钠NaNO3：4～5g／l。

工件经去油处理后浸入95℃以上的磷化液中处理12～15min，也需要进行皂化、清洗。配

方中硝酸钠的作用是促进化学反应的进行，并使磷化膜细密。磷化处理前的工件去油是保证磷化质量的关键工序。去油的方法可用甲苯或四氧化碳清洗，或用化学去油液在70～80℃的温度

下处理10～20min，至去净油迹为止。化学去油剂的配方为：

水玻璃：250g／l；

OP乳化剂：5～10g／l。

磷化处理所得磷化膜具有多孔性，一般要经过补充加工才有较好的抗蚀力，用作绝缘的磷化膜只进行皂化处理即可。经皂化后磷化膜表面覆盖一层极薄的由铁皂、锰皂或锌皂构成的不溶于水的薄膜，提高了磷化效果。

经磷化处理的转子，可使导条与铁心的接触电阻增加，从而降低附加损耗，进而温升和效率也有所改善。

1.3 简法

        材料和配比：马夫盐30~40克/升；氟化钠 2-4克/升；硝酸锌55~65克/升。磷化液的温度为75~85℃。铁心压装后，经去油处理，浸入磷化液中10~15分钟，取出经皂化（用3%的肥皂水冲洗），再用大量温水冲洗即可。

        磷化处理前的工件去油是保证磷化质量的关键工序。磷化处理所得磷化膜具有多孔性，一般要经过补充加工才有较好的抗腐蚀能力，用作绝缘的磷化膜只进行皂化处理即可。在皂化处理后，磷化膜表面上覆盖着一层极薄的由铁皂、锰皂或锌皂构成的不溶于水的薄膜，提高了磷化效果。

        转子经磷化处理后，接触电阻增加，降低了杂散损耗。据某电机厂试验，一台4P、4千瓦的异步电动机经磷化处理后能使杂散损耗减少47瓦（相当于原损耗的37%），温升和效率也有改善。磷化比氧化膜处理效果好。

2、冲片氧化处理

冲片氧化处理的目的和冲片磷化处理相同，工艺和转子冲片磷化处理相同，只是在所使用的化学制剂不同而已，工艺流程均一致。

3、脱壳处理

脱壳处理是利用铝和矽钢片的膨胀系数不同的特点，将加热了的转子迅速冷却，使铁心与铝条之间形成微小的间隙，增加接触电阻，以减少附加损耗。

脱壳处理的工艺如下；将铸铝后的转子放在退火炉内加热到540℃，保持2～3h，然后取出在空气中冷却，（或在水中浸7～10s），当转子尚有200℃左右的温度时取出，利用此余热使转子自行干燥。

4、转子表面烧焙

将精车的铸铝转子用喷灯或乙炔焰焙烧铁心表面，待加热到出现氧化色和受到火焰焙烧的槽口中铝屑发生轻微局部熔化时，立即投入肥皂水中急剧冷却。熔烧的目的是去掉铁心表面和槽口的毛刺以及粘上的铝屑，以加大接触电阻，减少表面损耗。

5、碱洗

     铸铝转子精车外圆后，进行表面碱洗处理，可腐蚀掉转子表面上由于车外圆而压入铁心中的铝屑，以及与转子槽相连接的铝须，增加笼条和铁心间的接触电阻。

     碱洗方法是把浸水后的转子放入浓度为5%的70~80℃的苛性钠溶液中，进行腐蚀，然后在热水中冲洗转子并加以烘干。由于苛性钠已渗入铁心，很难冲洗净。腐蚀时间可根据接触电阻的变化，通过试验确定。

6、转子槽绝缘处理

铸铝前对转子槽进行绝缘处理，绝缘涂料必须是耐高温的。

7、涂覆耐热绝缘涂料

      压铸前在槽内表面涂覆或浸渍耐热涂料，国内外已有不少配方。下面是国外某公司的耐热绝缘涂料配方。20千瓦电机转子在涂料中浸10分钟，自然干燥后压铸，可显著减少电机的杂散损耗。

材料和配比：聚乙烯丁醇40克；三聚氰酰胺树脂35克；苯乙烯单体25克；磷锌酸(85%）50克；改性乙醇（乙醇90%，甲醇10%）650克；i丙醇150克。

        各种工艺方法会对转子的接触电阻增加有一定效果，但实现的程度不一致。相对而言，经磷化处理的转子铁心焙烧后，再碱洗可得到接触电阻30欧姆.mm²左右的效果。

转子铸铝后再加热到540℃，经车加工再碱洗可达到足够高的接触电阻值。但转子加热到540℃时，很可能由于铝鼠笼机械强度的下降导致铁心变形。

对于浇注前铁心被加热到500℃的转子以及经氧化处理的冲片叠压的转子，虽经碱洗使接触电阻略大，但亦不能显著降低杂散损耗。

       上述方法，除磷化处理及而热绝缘涂料已被某些工厂在生产中采用外，其它尚未能推广，因为这些工艺过程对于成批生产的电机，不能认为是经济、方便的处理方法。某电机厂在压铸后立即将转子加热到500℃左右，然后进行热套制，既有脱壳作用，又可利用转子铸铝后的余热，很值得进一步研究。

综上所述，同时经试验证明，采取上述措施的任一项，对于降低电机附加损耗都有一定的作用，但制作工艺的复杂性，附加措施将显著增加电机的生产费用，因此在进行任何一项工艺措施，都会造成成本的增加，但由于国家节能减排的倡导及推行，一些企业也开始从工艺方面如转子的脱壳处理、转子表面烧焙等工艺进行电机转子制作工艺的改进，来降低转子的附加损耗。

以上非官方发布内容，仅代表个人观点。