高效電機之淺談減少鑄鋁轉子附加損耗的工藝措施

鼠籠型三相異步電機中，鑄鋁轉子的質量直接決定了電機的轉子損耗，結合一些制作的設計的經驗，對于鑄銅轉子，轉子的附加損耗約為額定功率的0.5%，鑄鋁轉子的附加損耗約占額定功率的1%~3%，所以在目前對效率節能的發展趨勢下，需要對轉子的附加損耗進行控制，采取一些工藝措施降低電機的附加損耗，電動機轉子的附加損耗的種類有多種，對于鑄鋁鑄銅轉子，由于導條與轉子槽之間無絕緣，導條間通過轉子齒的漏泄電流產生部分轉子損耗，這部分附加損耗約占額定功率的1％～2％。因附加損耗的存在，使電機效率降低，溫升高。為了降低鑄鋁轉子的附加損耗，提高電機的性能指標和經濟指標，需要提升鑄鋁轉子質量，從而減少附加損耗，從工藝上有以下措施。

1、轉子沖片的磷化處理

磷化處理是用化學或電化學方法，使金屬表面生成一種不溶于水、抗腐蝕的磷酸鹽薄膜。這種表面磷化膜與金屬的結合牢固，有較高的絕緣性能，能耐高溫。矽鋼片經過磷化處理的磷化膜單面厚度在0.004～0.008mm之間，在1～3MPa的壓力下，表面絕緣電阻可達10000Ω.c㎡以上，并有較高的耐壓強度（240V以上）。電工鋼片的磷化膜可在450℃下長期工作，可經受住鑄鋁時鋁液的680~720℃瞬時高溫及鑄鋁后的短時高溫。但經過磷化處理的轉子，由于磷化膜的導熱性比較差，的原因轉子的溫升有一定的影響，但結合制作的經驗，經過磷化處理的轉子其附加損耗降低，但磷化處理工藝比較復雜，生產成本高需要專業的設備降低生產的成本。磷化處理液的配方和工藝如下。

1.1正常法

通過采用磷酸錳鐵制劑，磷酸錳鐵制劑是一種混和塊，分子式為nFe（H，PO，）2mMn（H2PO2）2，其中n、m為鐵塊與錳塊的比例，主要成分（質量分數）：P2O3為46％～52％，Mn大于14％，Fe為0.3%~3%,H20為19％以下。磷酸錳鐵制劑27～30g／L，磷化液的溫度為95℃，沖片及鐵心疊壓后均需去油處理，采用甲苯或者四氯化碳進行清洗，使其表面的油污垃圾清理干凈，然后將其浸入配置好的磷化液中，進行浸泡30~45分鐘，取出后用3%的肥皂水進行沖洗對其皂化，后在進行酸蝕 （浸入50％濃度的工業鹽酸中20s），用大量溫水沖洗，完成沖片、轉子的磷化處理。

1.2加速法

加速法有很多種配方，下面介紹的是正磷酸氧化鋅法：

正磷酸H3PO4：40～50g／1；

氧化鋅ZnO：9～10g／l；

硝酸鈉NaNO3：4～5g／l。

工件經去油處理后浸入95℃以上的磷化液中處理12～15min，也需要進行皂化、清洗。配

方中硝酸鈉的作用是促進化學反應的進行，并使磷化膜細密。磷化處理前的工件去油是保證磷化質量的關鍵工序。去油的方法可用甲苯或四氧化碳清洗，或用化學去油液在70～80℃的溫度

下處理10～20min，至去凈油跡為止。化學去油劑的配方為：

水玻璃：250g／l；

OP乳化劑：5～10g／l。

磷化處理所得磷化膜具有多孔性，一般要經過補充加工才有較好的抗蝕力，用作絕緣的磷化膜只進行皂化處理即可。經皂化后磷化膜表面覆蓋一層極薄的由鐵皂、錳皂或鋅皂構成的不溶于水的薄膜，提高了磷化效果。

經磷化處理的轉子，可使導條與鐵心的接觸電阻增加，從而降低附加損耗，進而溫升和效率也有所改善。

1.3 簡法

        材料和配比：馬夫鹽30~40克/升；氟化鈉 2-4克/升；硝酸鋅55~65克/升。磷化液的溫度為75~85℃。鐵心壓裝后，經去油處理，浸入磷化液中10~15分鐘，取出經皂化（用3%的肥皂水沖洗），再用大量溫水沖洗即可。

        磷化處理前的工件去油是保證磷化質量的關鍵工序。磷化處理所得磷化膜具有多孔性，一般要經過補充加工才有較好的抗腐蝕能力，用作絕緣的磷化膜只進行皂化處理即可。在皂化處理后，磷化膜表面上覆蓋著一層極薄的由鐵皂、錳皂或鋅皂構成的不溶于水的薄膜，提高了磷化效果。

        轉子經磷化處理后，接觸電阻增加，降低了雜散損耗。據某電機廠試驗，一臺4P、4千瓦的異步電動機經磷化處理后能使雜散損耗減少47瓦（相當于原損耗的37%），溫升和效率也有改善。磷化比氧化膜處理效果好。

2、沖片氧化處理

沖片氧化處理的目的和沖片磷化處理相同，工藝和轉子沖片磷化處理相同，只是在所使用的化學制劑不同而已，工藝流程均一致。

3、脫殼處理

脫殼處理是利用鋁和矽鋼片的膨脹系數不同的特點，將加熱了的轉子迅速冷卻，使鐵心與鋁條之間形成微小的間隙，增加接觸電阻，以減少附加損耗。

脫殼處理的工藝如下；將鑄鋁后的轉子放在退火爐內加熱到540℃，保持2～3h，然后取出在空氣中冷卻，（或在水中浸7～10s），當轉子尚有200℃左右的溫度時取出，利用此余熱使轉子自行干燥。

4、轉子表面燒焙

將精車的鑄鋁轉子用噴燈或乙炔焰焙燒鐵心表面，待加熱到出現氧化色和受到火焰焙燒的槽口中鋁屑發生輕微局部熔化時，立即投入肥皂水中急劇冷卻。熔燒的目的是去掉鐵心表面和槽口的毛刺以及粘上的鋁屑，以加大接觸電阻，減少表面損耗。

5、堿洗

     鑄鋁轉子精車外圓后，進行表面堿洗處理，可腐蝕掉轉子表面上由于車外圓而壓入鐵心中的鋁屑，以及與轉子槽相連接的鋁須，增加籠條和鐵心間的接觸電阻。

     堿洗方法是把浸水后的轉子放入濃度為5%的70~80℃的苛性鈉溶液中，進行腐蝕，然后在熱水中沖洗轉子并加以烘干。由于苛性鈉已滲入鐵心，很難沖洗凈。腐蝕時間可根據接觸電阻的變化，通過試驗確定。

6、轉子槽絕緣處理

鑄鋁前對轉子槽進行絕緣處理，絕緣涂料必須是耐高溫的。

7、涂覆耐熱絕緣涂料

      壓鑄前在槽內表面涂覆或浸漬耐熱涂料，國內外已有不少配方。下面是國外某公司的耐熱絕緣涂料配方。20千瓦電機轉子在涂料中浸10分鐘，自然干燥后壓鑄，可顯著減少電機的雜散損耗。

材料和配比：聚乙烯丁醇40克；三聚氰酰胺樹脂35克；苯乙烯單體25克；磷鋅酸(85%）50克；改性乙醇（乙醇90%，甲醇10%）650克；i丙醇150克。

        各種工藝方法會對轉子的接觸電阻增加有一定效果，但實現的程度不一致。相對而言，經磷化處理的轉子鐵心焙燒后，再堿洗可得到接觸電阻30歐姆.mm²左右的效果。

轉子鑄鋁后再加熱到540℃，經車加工再堿洗可達到足夠高的接觸電阻值。但轉子加熱到540℃時，很可能由于鋁鼠籠機械強度的下降導致鐵心變形。

對于澆注前鐵心被加熱到500℃的轉子以及經氧化處理的沖片疊壓的轉子，雖經堿洗使接觸電阻略大，但亦不能顯著降低雜散損耗。

       上述方法，除磷化處理及而熱絕緣涂料已被某些工廠在生產中采用外，其它尚未能推廣，因為這些工藝過程對于成批生產的電機，不能認為是經濟、方便的處理方法。某電機廠在壓鑄后立即將轉子加熱到500℃左右，然后進行熱套制，既有脫殼作用，又可利用轉子鑄鋁后的余熱，很值得進一步研究。

綜上所述，同時經試驗證明，采取上述措施的任一項，對于降低電機附加損耗都有一定的作用，但制作工藝的復雜性，附加措施將顯著增加電機的生產費用，因此在進行任何一項工藝措施，都會造成成本的增加，但由于國家節能減排的倡導及推行，一些企業也開始從工藝方面如轉子的脫殼處理、轉子表面燒焙等工藝進行電機轉子制作工藝的改進，來降低轉子的附加損耗。

以上非官方發布內容，僅代表個人觀點。