Возможные неисправности двигателей постоянного тока

Проверить, исправен ли двигатель можно несколькими способами. Используются устройства, которые позволяют увидеть межвитковое замыкание, есть приборы для обнаружения обрывов (рабочие стенды). Но наиболее стандартная процедура – проверка целостности обмоток электродвигателя с помощью мультиметра.

Как проверить работоспособность двигателя постоянного тока

Нельзя представить современную жизнь без электричества. Хотя оно и используется нами повсеместно, с его помощью решается две проблемы: проблема освещения и проблема получения механической энергии из электрической.

Как раз для решения второй проблемы и были изобретены электродвигатели. Электричество в быту может иметь и другое применение, но встретить такие случаи можно редко.

Двигатели постоянного тока ежедневно находят место в нашей жизни вот уже два столетия. Это непременно привело их историю к следующему:

• сегодня существует большое количество разновидностей устройств такого типа;
• электрические двигатели стали отличаться износостойкостью и надежностью.

Но все мы знаем, что какой бы прочной и надежной ни была техника, она может в любой момент выйти из строя. Чтобы понять причину поломки очень важно точно и скрупулёзно ее продиагностировать. От этого зависит результат починки и дальнейший срок службы прибора. Возможно, его и вовсе придется заменить.

Главные особенности конструкции электродвигателя. Основной подход к проверке устройства

Не зависимо о того, насколько старый или новый двигатель, с которым вам пришлось иметь дело, он состоит из двух частей:

• стационарная (статор);
• вращающаяся деталь конструкции – ротор (в процессе вращения взаимодействует со статором).

Ротор еще иногда называют якорем. Практически во всех двигателях якорь (ротор) располагается внутри статора.

Вся механическая работа лежит на якоре, а вот прямолинейным будет вращательное движение или нет, зависит от других механизмов двигателя. В этой статье мы их рассматривать не будем.

В конструкции статора находится статорная обмотка (одна или несколько). Когда через нее протекает ток, происходит формирование вращающегося магнитного поля.

Сформированное поле вступает во взаимодействие с полем ротора, что является причиной возникновения вращающего момента. Это позволяет выполнять механическую работу.

Чтобы снизить количество потерь и нарастить КПД, монтируют якорь на подшипниках.

• Из всего вышеописанного напрашивается следующий вывод о работе исправного электрического двигателя:
• когда на обмотку подается напряжение, по ней протекают токи (при этом конструкция двигателя изначально на них рассчитана);
• если на изоляции нет повреждений механического характера, она служит обеспечением заданного сопротивления;

с механической точки зрения, система ротор-статор должна соответствовать всем нормам (имеется в виду состояние подшипников, величина гаек, зазоры, износ щеток и т.д.).

Проверка двигателя постоянного тока (явно или нет) включает в себя контроль и этих факторов. При этом сама проверка может носить любой характер: визуальный осмотр, замер величины зазоров, контроль того, насколько легко вращается якорь.

Ниже мы будем говорить лишь о тех элементах электрического двигателя, состояние которых можно проанализировать только с помощью специального прибора: мультиметра.

Когда строится схема всех нужных для анализа измерений, очень важно учитывать особенности конструкции конкретного двигателя. Принято считать, что подключают электромотор, как правило, к сети с напряжением 220 или 380 Вольт.

Стоит также отметить, что важно обращать внимание на обратимость двигателя. Эта характеристика говорит о том, что в момент вращения ротора (при воздействии на него извне) вырабатывается электроток.

С чего начать проверку электромотора

Далее мы будем говорить о проверке двигателя с точки зрения того, что механически он полностью исправен:

• люфта подшипников нет;
• смазка в надлежащем состоянии;
• зазоры между статором и якорем находятся в разрешенных допустимых пределах;
• износ щеток и ламелей коллекторной системы отсутствует или незначителен;
• кабель подачи питания работает исправно;
• отсутствует запах горелого.

Чтобы убедиться в механической исправности прибора достаточно провести обычный визуальный осмотр.

Разбирать конструкцию, если это необходимо, нужно аккуратно. Не стоит добавлять к имеющимся неисправностям все те же механические. В процессе разбора используйте только специальные инструменты.

Во время проверки нужно обратить внимание на следующие детали:

• обрывы обмотки, наличие в них коротких замыканий на якоре или статоре;
• пробои в изоляции корпуса, другие металлические элементы мотора;
• работоспособность конденсатора (в однофазном электромоторе).

В целом, схема проведения проверки исправности двигателя не сильно отличается в зависимости от вида устройства, так что рассматривать ее мы будем с единой позиции. Если ваше устройство имеет более уникальные характеристики, лучше обратиться к опытному специалисту.

Исправность обмоток статора в двигателе постоянного тока

Двигатель постоянного тока еще называют коллекторным. Исправность такого электромотора проверяется с помощью мультиметра – специального устройства.

Как прозвонить двигатель? Порядок прозвона мультиметром таков:

1. Устройство нужно включить в режим, который измеряет сопротивление (Ом). Щупы парами приложить к ламелям коллекторной системы. При исправной работе электродвигателя, показания отличаться не будут.
2. Если движок рабочий, при прикладывании щуп к ротору и коллектору одновременно его сопротивление бесконечно высокое.
3. С помощью мультиметра также проверяется и наличие разрыва обмоток. В работающем двигателе их быть не должно.
4. Одним щупом прикоснитесь к статору, а вторым к выводам движка. Если значение показателей низкое – присутствует неисправность.

Трехфазный двигатель

На корпусе трехфазного двигателя выведено 6 клемм, все они отвечают за начало и конец какой-то определенной обмотки. При этом все они одинаковые. Это делает случай поломки наиболее сложным.

Работа с мультиметром происходит следующим образом:

прибором в режиме измерения сопротивления определяют те пары клемм, что отвечают за одну обмотку;

сопротивление каждой точно измеряют, а потом сравнивают. Если разницы в замерах нет, обмотки исправны, а межвитковых замыканий нет.

Однофазный двигатель

Отлично от трехфазного двигателя, в данном случае количество обмоток меньше (одна рабочая, вторая пусковая). Снижено и рабочее напряжение – в таком типе двигателя его значение – 220 В.

Существует две схемы соединения, которые имеют одинаковую популярность у производителей приборов. Отличаются они лишь количеством клемм. Одну из них можно встретить при ремонте стиральной машины.

Независимо о того, какая именно схема была выбрана производителем, можно провести проверку сопротивления обмоток, выполнив несколько измерений. Важно знать следующее: чем мощнее обмотка, которую называют рабочей, тем меньшее значение будет иметь сопротивление.

Схема из четырех контактов требует проведения шести измерений. При этом:

• перемена места расположения щупов не должна влиять на изменение показаний мультиметра;
• в исправном двигателе сопротивление в несколько десятков Ом покажут лишь два измерения. В остальных будет разрыв.

В схеме из трех контактов измерений нужно тоже три. Наибольший показатель сопротивления связан с последовательным соединением двух обмоток. Среднее значение характерно для так называемой пусковой обмотки. Наименьшее для рабочей.

Другие проверки

Существуют и другие способы проверки работы двигателей постоянного тока. Например, существует прибор, с помощью которого можно проверить работу ротора электродвигателя.

Мотор нужно приложить к призме на приборе, а потом подключить к сети. Во время проверки двигатель медленно поворачивают.

Если есть вибрации, а межвитковое полотно притягивается к пазу – имеет место межвитковое замыкание.

Для проверки двигателя также используются рабочие стенды. С помощью этой конструкции (в ее состав входят источник постоянного тока, инвертор, вольтметр, компаратор напряжения, световой индикатор и зуммер) можно узнать о наличии обрыва.

Если вы работаете с поломками двигателей, собрать такой стенд можно и своими руками. Для бытового использования вполне подойдет и простой прибор. Купить его можно в любом магазине, который специализируется на электротехнике.

Пробои и утечки

Прибор, который измеряет сопротивление изоляции, называется мегаомметром. Бытовым мультиметром такой показатель измерить нельзя, так как ему не хватит напряжения от батарейки, да и прибор не сильно чувствителен к малым токам.

С помощью мегаомметра можно легко определить наличие или отсутствие пробоев. Поэтому с его помощью можно только убедиться в отсутствии пробоев.

Суть выполнения проверки в том, чтобы искусственно увеличить тестирующее напряжение, что требует задействования сети в 220В. В схеме должна присутствовать обычная лампа, мощность которой составляет где-то 60 Вт. Она будет выполнять функцию резистора.

Мультиметр же нужно задействовать в режиме амперметра. Чувствительность во время измерения нужно увеличивать постепенно, начав на грубой шкале. Это защитит прибор от повреждения высоким током.

Изоляция рабочая, если ток I, который подвергся измерению, не выше I = 1 мкА. Учитывая сопротивление лампы, сопротивление изоляции Rиз находят следующим образом: Rиз = 220/I Мом. Ток в формуле записывают в микроамперах.

Еще раз обращаем внимание, что проверка требует наличия напряжения 220 В, поэтому жизненно важно соблюдать правила безопасности при работе с электрическим током. Двигатель можно демонтировать из прибора для удобства. В таком случае его располагают на диэлектрическом основании.

Проверьте, исправны ли электроцепи якоря

В разных типах двигателя могут быть отличные друг от друга конструкции ротора. Этот факт объясняет специфичность данных измерений.

Электрические цепи в синхронных двигателях

Якоря таких двигателей содержат несколько обмоток. Их концы, в свою очередь, подключаются к металлическим кольцам. Кольца же устанавливаются на валу якоря, они соответственно изолированы. Кольца монтируются на валу ротора и имеют соответствующую изоляцию.

Проверка ротора (при условии отсутствия механических повреждений) похожа на проверку статора. В нее входит:

• замер сопротивления обмотки;
• проверка наличия межвиткового замыкания;
• проверка наличия пробоев.

Проверка ротора в асинхронном двигателе

Особенность якорь асинхронного двигателя в том, что его конструкция максимально проста: она похожа на беличье колесо.

Мультиметром проверять такой блок не имеет смысла. Он массивен и имеет настолько маленькое сопротивление, что прибор, скорее всего, не сможет его зафиксировать.

Лучший способ проверки якоря такого двигателя – визуальный осмотр на предмет наличия повреждений механического характера.

Проверка якоря в двигателе с механической коммутацией

Якорь такого типа характерен наличием одинаковых обмоток, а их концы выводят на пластины коллектора.

Чтобы получить максимально точные результаты тестирования, из двигателя нужно удалить щетки. Затем подключить мультиметр к двум пластинам и определить, какое сопротивление дает каждая обмотка. Если полученные показания равны – обмотки исправны.

Проверка двигателя постоянного тока с дополнительными деталями

Очень часто в электродвигателях установлены дополнительные компоненты, которые защищают оборудование или оптимизируют его работу. Вот наиболее распространенное оснащение:

Термопредохранитель. Он устанавливается для предотвращения выхода из строя изоляции, если температура превысит определенное значение.

Его может находиться под изоляцией обмоток или на корпусе электромотора. В первой ситуации проблем с проверкой тестером не возникает, так как выводы доступны.

Если термопредохранитель работает нормально, то во время проверки мультиметром он показывает короткое замыкание.

Термопредохранитель можно легко заменить на реле температуры. Они могут быть разомкнутыми или замкнутыми. Больше распространены последние. Чтобы выбрать правильное реле для вашего двигателя, нужно обратить внимание на его типа и технические характеристики. Узнать о них можно в инструкции по эксплуатации или в интернете.

Датчики оборотов двигателя на три вывода. Их устанавливают в двигатели стиральных машин. Принцип работы датчиков заключается в изменении разницы потенциалов пластинки, где проходит слабый ток. Выводы обладают совсем небольшим сопротивлением, а результат проверки должен показать короткое замыкание.

Величина электропитания датчиков ни в коем случае не измеряется, когда двигатель включен. Наиболее точные результаты можно получить, если мотор снят, а ток подается прямо на датчик. Чтобы возникли импульсы на выходе датчика, нужно прокрутить ось. Если на якоре нет постоянного магнита, на время проверки его надо обязательно установить.

Перед этим не забудьте снять сенсор.

Подведем итог

Статья содержит всю необходимую информацию для проверки двигателя постоянного тока в домашних условиях. Наиболее простой и быстрый способ проверки – использовать мультиметр.

Если бытовой прибор вышел из строя, и вы убедились в том, что внешних механических повреждений у него нет, главное – знать, как прозвонить обмотку электромотора.

Это важно, потому что стоимость замены и починки силовой установки наиболее высокая, относительно других элементов.

Неисправности машин постоянного тока и способы их устранения | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Подробности Категория: Оборудование

Если обмотка якоря имеет обрыв, то коллекторные пластины, между которыми произошел обрыв, чернеют, изоляция между ними выгорает, после чистки пластины снова чернеют. В момент прохождения коллекторных пластин, между которыми разорвана обмотка, под щеткой наблюдается сильное искрение.

При нескольких обрывах в обмотке якоря чернеют несколько пластин, коллектор сильно искрит, обмотка якоря и коллектор перегреваются, в отдельных случаях генератор не возбуждается, двигатель не разворачивается. Определить место обрыва можно при помощи амперметра и милливольтметра (рис. 78).

При наличии обрыва обмотки между пластинами показания амперметра на этих пластинах резко уменьшается по сравнению с показаниями на других пластинах.

Рис. 78. Определение замыкания коллекторных пластин на корпус.

Для устранения этой неисправности снимают бандаж с лобовой части обмотки, обращенной к коллектору, изолируют отпаявшийся конец обмотки, припаивают его к коллекторной пластине. Затем вновь проверяют и при положительном результате наматывают бандаж на лобовую часть обмотки.

Соединение обмотки якоря с корпусом

В этом случае наблюдается значительное увеличение тока и могут сгореть плавкие вставки или сработает другая защита. Наличие замыкания на корпус определяется контрольной лампой или мегомметром. На рисунке 79 приведена схема для определения секции, Соединенной с корпусом. В этом случае одним щупом милливольтметра касаются корпуса, а другим — коллекторных пластин. Находят две пластины с минимальным напряжением. Затем меняют точки приложения напряжения к коллектору и повторяют опыт. Если на одной из пластин минимум напряжения остается, то к этой пластине и подключена секция, соединенная с корпусом. Аналогичный результат получается при соединении коллекторной пластины с корпусом. Если с корпусом соединена коллекторная пластина, то после распайки и отсоединения концов обмотки от этой пластины соединение ее с корпусом остается. При соединении обмотки с корпусом замыкание пластины на корпус после отключения обмотки исчезает.

Данную неисправность устраняют так же, как и в асинхронном двигателе. Исключение из схемы обмотки поврежденной секции нежелательно.

Если принято решение об исключении поврежденной секции из схемы, то следует исключить еще секции из других параллельных ветвей.

Коллекторные пластины, к которым были подключены исключенные секции, необходимо соединить между собой при помощи проводников и пропаять.

Витковое замыкание в обмотке якоря

При этой неисправности замкнутые витки чрезмерно перегреваются, машина искрит, обмотка дымит, появляется характерный запах горячей изоляции, генератор плохо возбуждается, двигатель плохо разворачивается. Кроме повреждений в самой обмотке, указанные признаки могут возникнуть из-за соединения коллекторных пластин между собой на рабочей поверхности коллектора и в петушках. Витковое замыкание в обмотке якоря можно найти с помощью раздвижного магнита переменного тока (рис. 80). Центры полюсов магнита устанавливают так, чтобы они приближались к точкам якоря, отстоящим один от другого на величину полюсного деления. В обмотку электромагнита включают ток, к пазам якоря, находящимся сверху электромагнита, подносят стальную линейку или ножовочное полотно, при наличии виткового замыкания линейка притягивается к пазу. Витковое замыкание может быть определено и методом милливольтметра. К коллекторным пластинам (рис. 79) подводят ток и замеряют между ними напряжение милливольтметром. При петлевой обмотке меньшие показания прибора соответствуют поврежденным секциям, а при волновой— дефектам в секциях одного обхода по якорю. Следовательно, в этом случае нужно присоединять щупы к пластинам, отстоящим одна от другой на шаг по коллектору. Если шаг по коллектору неизвестен, его можно определить по наименьшему показанию милливольтметра между коллекторными пластинами на расстоянии двойного полюсного деления. Проводя опыт, необходимо вначале присоединять щупы питания и наблюдать за показанием амперметра, а потом искать повреждение щупами милливольтметра. При малых показаниях амперметра милливольтметр присоединять нельзя. Витковое замыкание имеют те секции, на которых милливольтметр дает минимальные показания.

Неисправность устраняется по аналогии с соответствующей неисправностью в обмотке статора асинхронного двигателя.

Генератор с самовозбуждением не возбуждается

Генератор при правильном направлении вращения и исправных обмотках может не возбуждаться, если остаточный поток и поток, созданный током возбуждения, не совпадают; сопротивление цепи возбуждения чрезмерно велико (выше критического); машина потеряла остаточный магнетизм, а генераторы последовательного возбуждения не возбуждаются при отсутствии нагрузки. Если остаточный поток и поток, созданный током возбуждения, не совпадают, то достаточно поменять местами концы параллельной обмотки возбуждения; в генераторе последовательного возбуждения надо менять местами концы последовательной обмотки возбуждения. При большом сопротивлении в цепи обмотки возбуждения необходимо провести ремонт регулировочного реостата или уменьшить его сопротивление. Если машина потеряла остаточный магнетизм, то отсоединяют обмотку возбуждения от якоря и подключают ее к постороннему источнику постоянного тока (соблюдая полярность) на некоторое время. После проведенных операций исправная машина должна возбудиться.

Следует отметить, что при разборке машины могут быть неправильно соединены обмотки главных полюсов между собой. В этом случае машина возбуждаться не будет.

Проверку правильности соединения обмоток главных полюсов между собой можно сделать следующим образом: отсоединить обмотку возбуждения от якоря; подвести к ней постоянный ток от какого-нибудь источника питания; подносить к болтам, крепящим главные полюсы к станине, швейную иглу, повешенную на нитке за центр; при правильном соединении обмоток главных полюсов к соседним болтам будут притягиваться разные концы иглы (ушко-острие).

Генератор смешанного возбуждения резко уменьшает напряжение под нагрузкой, двигатель сильно искрит при пуске

Последовательная обмотка возбуждения включена встречно параллельной. Неисправность легко устраняется путем перемены концов последовательной обмотки возбуждения. Обрыв в обмотке возбуждения.

При обрыве параллельной обмотки возбуждения генератор на холостом ходу дает 2-5% номинального напряжения, а двигатель не берет с места или при большом пусковом токе идет «вразнос» (набирает очень большие обороты). При обрыве последовательной обмотки генератор не дает напряжения, двигатель не берет с места и ток совершенно отсутствует.

Обрыв обмотки дополнительных полюсов дает такие же результаты, что и обрыв последовательной обмотки. Наиболее вероятен обрыв в шунтовой обмотке, что определяют контрольной лампой или вольтметром. При последовательном соединении обмоток полюсов дефектную катушку находят без разъединения схемы обмотки.

При наличии параллельных ветвей схема должна быть рассоединена. Неисправность устраняют путем полной или частичной перемотки катушки. Витковое замыкание в обмотке возбуждения.

Если замкнуть витки в обмотке главных полюсов, то якорь машины перегревается от уравнительных токов, напряжение генератора и частота вращения двигателя не номинальные, машина склонна к искрению, при надежном замыкании одной катушки она остается холодной.

Межвитковое соединение и короткое замыкание одной или нескольких катушек дополнительных полюсов приводят к тому, что машина при незначительных нагрузках работает нормально, а при увеличении нагрузки начинает искрить. Витковые замыкания чаще встречаются в обмотках параллельного возбуждения. Наличие виткового замыкания можно определить при подаче переменного тока в цепь возбуждения машины. Катушка с витковым замыканием будет сильно нагреваться. Долго держать обмотку возбуждения под переменным током нельзя, так как возможен чрезмерный нагрев станины.

При наличии большого числа замкнутых витков дефектную катушку находят вольтметром: на обмотку возбуждения подают напряжение от источника постоянного тока и измеряют напряжение на всех катушках. На дефектной катушке напряжение будет меньше, чем на остальных. Неисправность устраняют путем полной или частичной перемотки катушки.

Неправильное чередование главных и дополнительных полюсов

Машина при холостом ходе работает нормально за исключением пуска двигателя в ход, а под нагрузкой сильно искрит. Неисправность легко устраняется путем перемены концов дополнительных полюсов.

Щетки сдвинуты с линии геометрической нейтрали

При сдвиге щеток по направлению вращения якоря генератор уменьшает напряжение, двигатель уменьшает частоту вращения и сильно искрит. При сдвиге щеток против направления вращения якоря генератор несколько увеличивает напряжение и сильно искрит, а двигатель увеличивает частоту вращения. Указанные явления отчетливо видны при работе машины под нагрузкой.

В двигателях изменение частоты вращения в зависимости от положения щеток можно наблюдать при холостом ходе. Геометрическую нейтраль можно определить несколькими способами: индуктивным, наибольшего напряжения, двигателя. Индуктивный способ. Геометрическую нейтраль определяют при неподвижном якоре.

Обмотку возбуждения отсоединяют от якоря и к ней подводят напряжение от постороннего источника постоянного тока через рубильник. К зажимам якоря подключают милливольтметр. Если щетки находятся точно на геометрической нейтрали, то при включении и выключении тока в обмотке возбуждения прибор не дает отклонений.

Перед началом проверки щетки ставят против середины главных полюсов. В обмотку возбуждения при помощи реостата дают маленький ток. Включая и выключая рубильник, прерывают ток в обмотке возбуждения и отмечают показания прибора в цепи якоря. Меняют положение щеток и снова отмечают показания прибора при включении и выключении рубильника.

Постепенно увеличивают величину тока в обмотке возбуждения. Наконец находят такое положение щеток, при котором показания милливольтметра будут минимальными. Следует отметить, что ток в обмотке возбуждения не должен быть больше 0,1 номинального. Способ наибольшего напряжения.

Испытуемая машина работает на холостом ходу в режиме генератора, желательно проводить испытание при токе возбуждения 0,75 номинального. К якорю генератора подключают вольтметр и двигают щетки, добиваясь наибольших показаний вольтметра.

Способ двигателя. Машина работает при холостом ходе в режиме двигателя, замеряют частоту вращения двигателя тахометром, не изменяя подводимого напряжения, тока возбуждения и положения щеток, изменяют ток в якоре — реверсируют двигатель; вновь измеряют частоту вращения якоря. Двигают щетки, добиваясь равной частоты вращения при разных направлениях вращения.

Неисправности коллекторов

Поверхность коллектора изношена и не имеет правильной цилиндрической формы; миканитовые прокладки выступают или находятся на одном уровне с рабочей поверхностью коллекторных пластин; замкнуты-затянуты медью коллекторные пластины; ослабло крепление пластин, они перемещаются в радиальном направлении; пластины перекошены под некоторым углом к образующей цилиндра рабочей поверхности коллектора; разрушены миканитовые манжеты, изолирующие коллектор от нажимных конусов; ось вращения цилиндрической поверхности коллектора не совпадает с осью вала машины. При износе рабочей поверхности коллектора поступают следующим образом. Коллектор обертывают слоем миканита или асбеста, наматывают на него спираль из нихрома, пропуская по спирали ток, нагревают коллектор до температуры 100° С. В нагретом состоянии осторожно подтягивают нажимной конус коллектора, вращая резьбовые гайки или нажимные болты. Чрезмерная подтяжка конусов опасна, так как возможно повреждение ласточкиных хвостов коллекторных пластин. После подтяжки конусов коллектору дают остыть и на токарном станке его протачивают. Частота резания при проточке должна быть порядка 50 м/мин. После проточки коллектор шлифуют стеклянной шкуркой, затем выбирают миканит между коллекторными пластинами на глубину 0,8—1,0 мм. Продорожить коллектор можно ножовочным полотном или специальной фрезой, толщина которых должна быть равна толщине миканитовой прокладки между коллекторными пластинами. После продороживания коллектор окончательно шлифуют на станке.

При более сложных неисправностях коллектор приходится полностью разбирать, предварительно отпаяв его от обмотки.

Основные неисправности машин постоянного тока

Искрение щеток может быть вызвано множеством причин, которые требуют от обслуживающего персонала внимательного наблюдения за системой скользящего контакта и щеточного аппарата. К основным из этих причин относятся механические (механическое искрение) и электромагнитные (электромагнитное искрение).

Механические причины, вызвавшие искрение, не зависят от нагрузки. Искрение щеток можно уменьшить, повышая или снижая давление на щетки, и, если возможно, снижая окружную скорость.

При механическом искрении искры зеленого цвета распространяются по всей ширине щетки, подгар коллектора не закономерный, беспорядочный.

Механические искрения щеток вызываются: местным или общим биением, задирами на скользящей поверхности коллектора, царапинами, выступающей слюдой, плохой продорожкой коллектора (прорезка слюды между коллекторными пластинами), тугой или слабой посадкой щеток в обоймы щеткодержателей, податливостью бракет, вызывающей вибрацию щеток, вибрацией машин и др.

Электромагнитные причины, вызывающие искрение щеток, более сложные при их выявлении. Искрение, вызванное электромагнитными явлениями, изменяется пропорционально нагрузке и мало зависит от частоты вращения.

Электромагнитное искрение обычно имеет бело-голубой цвет. Форма искр шаровидная или каплеобразная. Подгар коллекторных пластин носит закономерный характер, по которому можно определить причину искрения.

• Если в обмотке и уравнителях произойдет замыкание, нарушится пайка или возникнет прямой обрыв, искрение будет неравномерным под щетками, а подгоревшие пластины расположатся по коллектору на расстоянии одного полюсного деления. 
• Если щетки под бракетом одного полюса искрят больше, чем под бракетами других полюсов, значит, произошло витковое или короткое замыкание в обмотках отдельных главных или добавочных полюсов; неправильно расположены щетки или ширина их больше допустимой. 
• Кроме того, в машинах постоянного тока могут наблюдаться дополнительные нарушения: 
• • смещение щеточной траверсы с нейтрали вызывает искрение и нагрев щеток и коллектора; 
• • деформация скользящей поверхности коллектора вызывает вибрацию и искрение щеток; 

• несимметрия магнитного поля вызывает снижение порога реактивной ЭДС, ухудшает коммутирующую способность машины, что, в свою очередь, вызывает искрение щеток. Магнитное поле машины симметрично, если строго соблюдаются правильный шаг по окружности между наконечниками главных и дополнительных полюсов и выдержаны расчетные зазоры под полюсами. 

1. У крупных машин настройка электромагнитных цепей выполняется по методу безыскровой зоны. 
2. Повышенный нагрев машины постоянного тока. 
3. В машине постоянного тока имеется несколько источников тепла, нагревающих все ее элементы. 
4. В понятие повышенного нагрева изоляции входит переход через определяемый нормами допустимый предел принятых в электромашиностроении классов нагревостойкости изоляции. 

В практике электромашиностроительных заводов нашей страны внедрено правило создания определенного запаса по теплостойкости изоляции за счет принятия рабочих температур на класс ниже, чем допускает использованная изоляция.

Большинство машин сейчас изготовляется с изоляцией нагревостойкости класса F; это означает, что допустимые превышения температур обмоток должны быть такими же, как для класса В, т. е. примерно 80 °С.

Это правило введено вследствие аварийных разрушений изоляции обмоток прокатных машин из-за повышенных температур. 

Перегрев машин постоянного тока может быть вызван множеством причин. 

При перегрузке машин возникает общий перегрев от тепла, выделенного обмоткой якоря, дополнительными полюсами, компенсационной обмоткой и обмоткой возбуждения.

Нагрузка крупных машин контролируется по амперметру, а нагрев обмоток по приборам, соединенным с датчиками, вмонтированными в различные изолированные элементы машины — обмотку якоря, дополнительные полюса, компенсационную обмотку, обмотку возбуждения.

В особо ответственных крупных прокатных двигателях, работающих в тяжелых режимах, на пост управления оператору и в машинный зал выведены сигналы, предупреждающие о повышении температуры машины до предельного значения. 

Перегрев может быть вызван высокой температурой помещения, в котором установлены машины. Причиной этого может быть неисправная вентиляция машинного помещения. Все каналы для подачи воздуха должны быть исправными, чистыми и транспортабельными. Фильтры должны систематически очищаться способом протяжки сеток через минеральное масло. 

Воздухоохладители иногда забиваются микроорганизмами, затрудняющими поступление воды. Периодически воздухоохладители промывают водой обратным током. 

Нагреву способствует грязь (пыль), попадающая в машину. Так, проведенные исследования электродвигателей показали, что угольная пыль слоем 0,9 мм, попадающая на обмотки, способствует повышению температуры на 10 °С. 

Засорение обмоток, вентиляционных каналов активной стали, наружного корпуса машины недопустимо, так как это создает теплоизоляцию и стимулирует подъем температуры. 

Перегрев обмотки якоря машины постоянного тока. 

Наибольшее количество тепла может выделиться в якоре. Причины здесь могут быть разные. 

Перегрузка всей машины, в том числе якоря, вызывает нагрев. Если машина работает на малых скоростях, а изготовлена как самовентилируемая, условия вентиляции ухудшены, якорь перегреется. 

• Коллектор как неотъемлемая часть якоря будет способствовать нагреву машины. Температура коллектора может значительно повыситься при следующих обстоятельствах: 
• • постоянная работа машины на предельной мощности; 
• • неправильно выбраны щетки (твердые, высокий коэффициент трения); 

• в машинном зале, где установлены электрические машины, низкая влажность воздуха. При этом коэффициент трения щеток увеличивается, щетки ускоренно срабатываются и греют коллектор. 

Требование к поддержанию соответствующей влажности воздуха в машинных залах диктуется необходимостью обеспечивать наличие влажной пленки между щеткой и скользящей поверхностью коллектора как смазывающего элемента. 

Неравномерный воздушный, зазор может оказаться одной из причин перегрева обмотки якоря. При неравномерном воздушном зазоре в части обмотки якоря индуктируется ЭДС, вследствие чего в обмотке возникают уравнительные токи. При значительной неравномерности зазоров они являются причиной нагрева обмотки и искрения щеточного аппарата. 

1. Искажение магнитного поля машины постоянного тока происходит, как отмечалось, за счет неравномерности воздушных зазоров под полюсами, а также при неправильном включении катушек главных и дополнительных полюсов, виткового замыкания в катушках главных полюсов, из-за чего возникают уравнительные токи, которые вызывают нагрев обмотки и искрение щеток одного полюса сильнее другого. 
2. При возникновении виткового замыкания в обмотке якоря машина долго работать не может, так как из-за перегрева может произойти выгорание короткозамкнутой секции и активной стали в очаге развития виткового замыкания. 
3. Загрязнение обмотки якоря теплоизолирует ее, ухудшает удаление тепла из обмотки и в результате способствует перегреву. 

Размагничивание и перемагничивание генератора. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением может оказаться размагниченным еще до его первого пуска после монтажа. Находящийся в эксплуатации генератор размагничивается, если щетки сдвинуты с нейтрали по направлению вращения якоря. Это ослабляет магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения. 

Размагничивание, а затем и перемагничивание генератора с параллельным возбуждением возможно при пуске машины, когда магнитный поток якоря перемагничивает главные полюса и меняет полярность в. обмотке возбуждения. Это происходит в том случае, когда при пуске генератор оказывается подключенным к сети. 

Остаточный магнетизм и полярность генератора восстанавливают намагничиванием обмотки возбуждения от постороннего источника пониженного напряжения. 

При пуске двигателя его частота вращения чрезмерно возрастает. К основным неисправностям машин постоянного тока, из-за которых чрезмерно возрастает частота вращения, относят следующие: 

• смешанное возбуждение — параллельная и последовательная обмотки возбуждения включены встречно. В этом случае при пуске электродвигателя результирующий магнитный поток мал. При этом скорость будет резко возрастать, двигатель может пойти в «разное». Следует согласовать включение параллельной и последовательной обмоток; 

• смешанное возбуждение — щетки смещены с нейтрали против вращения. Это действует на двигатель размагничивающе, магнитный поток ослабляется, частота вращения возрастает. Щетки следует установить на нейтраль; 

• последовательное возбуждение — запуск двигателя без нагрузки недопустим. Двигатель пойдет в «разнос»; 

• в параллельной обмотке витковое замыкание — частота вращения двигателя возрастает. Чем больше будет замкнутых между собой витков обмотки возбуждения, тем меньше будет магнитный поток в системе возбуждения двигателя. Замкнутые катушки надо перемотать и заменить. 

Возможны и другие неисправности, например. 

Щетки смещены с нейтрали по ходу вращения двигателя. Происходит подмагничивание машины, т. е. магнитное поле усиливается, частота вращения двигателя уменьшается. Траверсу следует установить на нейтраль. 

Обрыв или витковое замыкание в обмотке якоря. Скорость двигателя резко снижена или якорь совсем не вращается. Щетки сильно искрят. Следует помнить, что при обрыве в обмотке коллекторные пластины через два полюсных деления будут выгорать.

Это объясняется тем, что при обрыве в обмотке в одном месте напряжение и ток под щеткой при разрыве цепи удваиваются. При обрыве рядом в двух местах напряжение и ток под щеткой утраиваются и т. д.

Такую машину следует немедленно остановить на ремонт, иначе коллектор будет испорчен. 

Двигатель «качает» при ослаблении магнитного потока в обмотке возбуждения.

Двигатель спокойно работает до определенной частоты вращения, затем при повышении частоты вращения (в пределах паспортных данных) за счет ослабления поля в обмотке возбуждения, двигатель начинает сильно «качать», т. е. возникают сильные колебания по току и частоте вращения. В этом случае возможна одна из нескольких неисправностей: 

• щетки смещены с нейтрали против направления вращения. Это, как указывалось выше, повышает частоту вращения якоря. На ослабленный поток обмотки возбуждения действует реакция якоря, при этом происходит, то усиление, то ослабление магнитного потока и соответственно меняется частота вращения якоря в режиме «качания»; 

• при смешанном возбуждении последовательная обмотка включена встречно параллельной, в результате чего магнитный поток машины окажется ослабленным, частота вращения будет большой, и якорь попадает в режим «качания». 

У машины мощностью 5000 кВт были изменены зазоры главных полюсов против заводского формуляра с 7 до 4,5 мм. Максимальная частота вращения, которой пользовались, составляла 75 % от номинальной. Затем, через несколько лет, повысили частоту вращения до 90—95 % против номинальной, в результате чего началось сильное «качание» якоря по току и частоте вращения. 

Восстановить нормальное положение крупной машины удалось только, восстановив воздушный зазор под главными полюсами согласно формуляру вместо 4,5 мм до 7 мм. Допускать до режима «качания» любую машину, особенно крупную, нельзя.  

Справочник | Приводное и электротехническое оборудование | Техпривод

В этом обзоре мы рассмотрим типичные неисправности трехфазных асинхронных электродвигателей и способы их предупреждения и устранения.

Электрические неисправности электродвигателя

Электрические неисправности двигателя всегда связаны с обмоткой.

1. Межвитковое замыкание может возникнуть при ухудшении изоляции в пределах одной обмотки. Возможные причины: перегрев обмотки, некачественная изоляция, износ изоляции вследствие вибрации. Определить межвитковое замыкание бывает сложно. Основной метод диагностики – сравнение сопротивления и рабочего тока всех трех обмоток. Первые симптомы межвиткового замыкания – повышенный нагрев двигателя и падение момента на валу. При этом по одной из фаз ток больше, чем по двум другим.
2. Замыкание между обмотками происходит из-за смещения обмоток, механической вибрации и ударов. При отсутствии должной электрической защиты может возникнуть короткое замыкание и пожар.
3. Замыкание обмотки на корпус. При данной неисправности электродвигатель может продолжать работать, если неправильно выполнены заземление и защита от короткого замыкания. Однако в работе он будет смертельно опасен, так как его потенциал будет находиться под фазным напряжением.
4. Обрыв обмотки. Эта неисправность равносильна пропаданию фазы. Если обрыв происходит в работе, то двигатель резко теряет мощность и начинает перегреваться. При правильно выполненной защите двигатель отключится, поскольку ток по другим фазам будет повышен.

Для устранения большинства из этих поломок требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности электродвигателя

Механические неисправности электродвигателя связаны с его конструкцией.

1. Износ и трение в подшипниках. Проявляется в повышении механической вибрации и шума при работе. В этом случае требуется замена подшипников, иначе неисправность приведет к перегреву и падению производительности двигателя.
2. Проворачивание ротора на валу. Ротор может вращаться в магнитном поле статора, а вал будет неподвижен. Требуется механическая фиксация ротора на валу.
3. Зацепление ротора за статор. Эта проблема связана с механической поломкой подшипников, их посадочных мест или корпуса двигателя. Кроме того, подобная неисправность приводит к повреждению обмотки статора. Практически не подлежит ремонту.
4. Повреждение корпуса двигателя. Может происходить из-за ударов, повышенных нагрузок, неправильного крепления или низкого качества двигателя. Ремонт является трудоемким из-за трудностей соосной установки переднего и заднего подшипников.
5. Проворачивание или повреждение крыльчатки обдува. Несмотря на то, что двигатель продолжит работать, он будет перегреваться, что существенно сократит срок его службы. Крыльчатку необходимо закрепить (для этого используется шпонка или стопорное кольцо) или заменить.

Аварийные ситуации при работе электродвигателя

Существуют неисправности, не связанные непосредственно с двигателем, но влияющие на его работу, характеристики и срок службы. Большинство этих неисправностей вызваны механической перегрузкой, увеличением тока, и, как следствие, перегревом обмоток и корпуса.

1. Увеличение нагрузки на валу вследствие заклинивания привода либо приводимых механизмов.
2. Перекос напряжения питания, который может быть вызван проблемами питающей сети либо внутренними проблемами привода.
3. Пропадание фазы, которое может произойти на любом участке питания двигателя – от питающей трансформаторной подстанции до обмотки двигателя.
4. Проблема с обдувом (охлаждением). Может возникнуть из-за повреждения крыльчатки двигателя при собственном охлаждении, из-за останова вентилятора внешнего принудительного охлаждения или вследствие значительного повышения температуры окружающей среды.

Способы защиты электродвигателя

Для защиты электродвигателя от внутренних и внешних неисправностей, а также для минимизации дальнейших трудозатрат по его ремонту применяют различные устройства.

1. Мотор-автоматы и тепловые реле

Мотор-автоматы (автоматы защиты двигателя) и тепловые реле используют для обнаружения превышения тока по одной или всем фазам двигателя. В случае превышения через некоторое время происходит отключение привода.

В отличие от мотор-автомата, у теплового реле нет силовой коммутации. Оно имеет только управляющий контакт, который размыкает питание силовой цепи. Мотор-автомат является самостоятельным коммутационным устройством, способным выключать двигатель.

Минус теплового реле заключается в отсутствии защиты от короткого замыкания. Мотор-автомат имеет защиту от перегрузки и электромагнитную защиту от короткого замыкания, которая мгновенно срабатывает и выключает двигатель при превышении тока уставки в 10-20 раз.

Данные устройства используются наиболее широко и при правильной установке и настройке способны с большой долей вероятности защитить электродвигатель и оборудование от поломки и других негативных последствий.

2. Электронные реле защиты двигателей

Данный вид защиты обеспечивает большой выбор различных защит. Основным элементом таких реле является микропроцессор, который анализирует мгновенные значения напряжения и тока и принимает решения на основе заданных настроек. Это может быть выдача сигнала на индикацию либо на отключение двигателя.

3. Термисторы и термореле

Когда по какой-то причине не сработала тепловая защита по перегрузке, последний рубеж обороны — термозащита. Внутрь обмотки устанавливается термочувствительный элемент (как правило, термистор или позистор), который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. При пересечении порога срабатывает соответствующая защита, и двигатель отключается.

Возможно применение более простых дискретных термореле (термоконтактов), которые размыкают контрольную или тепловую цепь, что приводит к аварийной остановке электродвигателя.

4. Преобразователи частоты

Обычно преобразователи частоты располагают несколькими видами защиты – по превышению момента и тока, по превышению напряжения, обрыву фазы и проч. Кроме того, возможно ограничение момента и тока.

В этом случае на двигатель будет подаваться напряжение с меньшим уровнем и частотой, если будет обнаружена перегрузка.

При этом будет выдано соответствующее сообщение оператору, а двигатель может продолжать работать.

Также производители частотных преобразователей рекомендуют устанавливать защитный автомат на входе ПЧ, тепловое реле на выходе и термисторную защиту.

Другие полезные материалы: Выбор электродвигателя для компрессора Как определить параметры двигателя без шильдика? Выбор мотор-редуктора для буровой установки

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Неисправности машин постоянного тока

Неисправности вызывают искрение, эксплуатировать машину при значительном искрении щеток нельзя: могут выйти из строя коллектор и обмотка якоря.

Основные неисправности: ослабленное давление пружин, прижимающих щетки к коллектору; значительный износ щеток; щетки плохо пригнаны к коллектору, слабо или туго сидят в обойме щеткодержателя; неравномерное расстояние между центрами щеток; щетки несоответствующей марки или разных марок; обоймы щеток слишком далеки или близки к поверхности коллектора; щеточные болты слабо прикреплены к траверсе; наклон щеток к поверхности коллектора не соответствует направлению вращения якоря генератора; у части щеток не работают гибкие проводники, соединяющие щетки с болтом.

Коллектор.

Поверхность коллектора изношена, нет правильной цилиндрической формы; миканитовые прокладки выступают или на одном уровне с рабочей поверхностью коллекторных пластин; замкнуты, затянуты медью коллекторные пластины; ослабло крепление пластин, они радиально перемещаются; пластины перекошены под некоторым углом к образующей цилиндра рабочей поверхности коллектора; разрушены миканитовые манжеты, изолирующие коллектор от нажимных конусов; ось вращения цилиндрической поверхности коллектора не совпадает с осью вала машины.

Обмотка якоря.

Обрыв в обмотке.

При обрыве чернеют коллекторные пластины, изоляция между ними выгорает, после чистки они снова чернеют.

В момент прохождения коллекторных пластин, между которыми разорвана обмотка, под щеткой сильное искрение.

При нескольких обрывах в обмотке якоря чернеют несколько пластин, коллектор сильно искрит, обмотка якоря очень перегревается, в отдельных случаях генератор не возбуждается, двигатель не разворачивается

Замкнуто накоротко несколько витков или секций.

При этой неисправности замкнутые витки или секции чрезмерно перегреваются, машина искрит, обмотка дымит, пахнет характерным запахом горящей изоляции, генератор плохо возбуждается, двигатель плохо разворачивается. Кроме повреждений в самой обмотке, указанные признаки могут возникнуть и из-за соединений коллекторных пластин между собой на рабочей поверхности коллектора, в петушках.

Обмотка возбуждения.

Межвитковые соединения или короткое замыкание катушки главных полюсов.

При этой неисправности якорь машины перегревается от уравнительных токов, напряжение генератора и скорость вращения двигателя могут быть ненормальными, машина склонна к искрению, при надежном коротком замыкании одной катушки она остается холодной.

Обрыв в обмотке возбуждения.

При обрыве параллельной (шунтовой) обмотки генератор на холостом ходу дает 2-4номинального напряжения, двигатель без нагрузки может пойти «вразнос», а под нагрузкой потребляет большой ток и не берет с места. При обрыве последовательной обмотки генератор не дает напряжения, а двигатель не трогается с места.

Межвитковое соединение и короткое замыкание одной или нескольких катушек дополнительных полюсов приводит к тому, что машина при незначительных нагрузках работает нормально, а при увеличении нагрузки начинает искрить. Обрыв обмотки дополнительных полюсов дает те же результаты, что и обрыв последовательной обмотки.

Неправильное чередование главных и дополнительных полюсов.

Машина при холостом ходе работает нормально, за исключением момента пуска двигателя в ход, а при нагрузке сильно искрит.

Щетки сдвинуты с линии геометрической нейтрали.

При сдвиге по направлению вращения генератор уменьшает напряжение, двигатель уменьшает скорость и сильно искрит.

При сдвиге щеток против направления вращения генератор несколько увеличивает напряжение и сильно искрит, а двигатель увеличивает скорость. Указанные явления отчетливо заметны в машинах, работающих под нагрузкой.

В двигателях изменение скорости в зависимости от положения щеток можно наблюдать при холостом ходе.

Генератор с самовозбуждением не возбуждается

 Генератор при правильном направлении вращения и исправных обмотках может не возбуждаться, если остаточный поток и поток, созданный током в обмотке возбуждения, не совпадают, сопротивление цепи возбуждения чрезмерно велико (выше критического), машина потеряла остаточный магнетизм, а генераторы последовательного возбуждения не возбуждаются при отсутствии нагрузки.

Возбудитель синхронного генератора представляет собой обыкновенную машину постоянного тока, и, следовательно, в ней могут быть все неисправности, описанные выше. Якорь синхронного генератора обыкновенно устроен так же, как статор асинхронного двигателя.

Увеличено напряжение якоря генератора при номинальной скорости вращения.

Это происходит от увеличенного тока возбуждения, протекающего по обмотке ротора генератора. Основной поток машины увеличен, активная сталь машины перегревается на холостом ходу, перегревается возбудитель генератора и обмотка ротора генератора.

Неодинаковые междуфазные напряжения генератора.

Причиной может быть витковое замыкание в обмотке статора или короткое замыкание между фазами. Часть обмотки генератора перегревается при холостом ходе, генератор сильно гудит, возможно появление дыма.

Обрыв в обмотке ротора генератора.

Ток возбуждения не протекает, генератор не возбуждается.

Обрыв одной фазы обмотки статора генератора.

При соединении его обмоток звездой напряжение будет только между исправными фазами.

Колебания тока генератора, работающего в одиночку.

При неизменной нагрузке токи в фазах генератора колеблются из-за неустойчивой работы приводного двигателя.