Ремонт электродвигателей постоянного тока

Текущий ремонт генераторов и двигателей постоянного тока сводится к следующему:

− изношенные щетки заменяют новыми и притирают по месту;

− проверяют и регулируют, траверсу щеткодержателя, устанавливая щетки в шахматном порядке;

− шлифуют и продороживают коллектор;

− проверяют изоляцию обмоток и восстанавливают ее в местах повреждения;

− подшипники разбирают, очищают, производят шабрение (подшипников скольжения) или заменяют (подшипники качения);

− подтягивают болты крепления деталей.

Работы, выполняемые при капитальном ремонте электродвигателей:

− ремонт коллектора с заменой пластин;

− ремонт или замена щеточного механизма;

− замена подшипниковых щитов;

− перезаливка подшипников скольжения;

− ремонт контактных колец и изолирующих их от вала прокладок;

− рихтовка листов активного железа;

− ремонт вала и балансировка ротора;

− заварка трещин корпуса;

− частичная или полная смена обмоток;

− пропитка обмотки лаками и сушка;

− переделка машин на другое напряжение и частоту вращения.

При периодических осмотрах и плановых ремонтах машин постоянного тока основное внимание обращают на состояние коллектора, щеток, щеткодержателя, подшипниковых узлов и изоляции обмоток.

На поверхности коллектора может появиться шероховатость вследствие попадания твердых частиц под щетки, нагар от искрения или окись после длительного хранения машины во влажных местах. Шероховатость коллектора устраняют шлифовкой мелкой стеклянной бумагой марки 000, прижимаемой деревянной колодкой с вырезом по форме коллектора. Применение наждачной бумаги нежелательно, так как крупинки наждака проводят электрический ток и могут замкнуть пластины коллектора. Не рекомендуется опиливать коллекторные пластины напильником или прижатием стеклянной бумаги рукой, так как получается неровная поверхность.

Неровную поверхность коллектора протачивают резцом, предварительно тщательно отцентрировав его.

После, проточки или длительной работы коллектор продороживают, так как миканитовые прокладки тверже медных пластин и при работе постепенно выступают над ними. Продороживание выполняют выпиливанием миканита специальной пилкой на глубину 0,5—1,0 мм вдоль приложенной к коллектору линейки без повреждения медных пластин. Можно продороживать коллектор и на токарном станке при неподвижном шпинделе и продольном движении суппорта с отрезным резцом, повернутым на 90° относительно своего нормального положения. Ширина режущей части резца равна ширине канавки между пластинами, а угол заточки равен 40°.

После продороживания все канавки между пластинами коллектора прочищают волосяной щеткой и шабером снимают фаски с краев коллекторных пластин, а затем коллектор шлифуют и продувают сжатым воздухом.

При выходе из строя подшипников качения пли при большом износе подшипников скольжения ротор может задевать за статор, что вызывает повреждение активной стали, а иногда и обмотки. Неисправные подшипники качения заменяют новыми, а загрязненные снимают, очищают от грязи, промывают в керосине, а затем набивают смазку и устанавливают на место.

Перегрев подшипников скольжения приводит к расплавлению заливки или задирам шейки вала. Он происходит из-за недостаточного поступления масла вследствие погнутости масляных колец, недостаточного уровня, загрязнения или, уменьшения зазора между шейкой вала и вкладышем из-за перекоса вкладыша.

При недостаточном количестве масла его добавляют, а при загрязнении или чрезмерной вязкости — сливают, тщательно промывают подшипник керосином и заливают свежее масло требуемого качества. Для подшипников качения применяют смазки типа УТ и солидолы, для подшипников скольжения — веретенное, машинное или турбинное масло. При перекосе вкладыша подшипник разбирают, устанавливают вкладыш правильно и фиксируют его для предупреждения повторного перекоса.

В процессе эксплуатации не допускают загрязнения электродвигателей: это способствует перегреву обмоток и может привести к короткому их замыканию. Пыль систематически удаляют пылеотсасывающим устройством или продувкой сжатым воздухом. В процессе работы происходит стирание изоляции, что может привести к межвитковому замыканию или пробою на корпус.

Это может произойти и вследствие механических повреждений или отсырения изоляции. Эти неисправности определяют внешним осмотром или измерением сопротивления изоляции обмоток, которое должно быть не ниже 1,0 МОм на 1000 В рабочего напряжения, а магнитным или другим методом уточняют место пробоя изоляции.

Приступая к частичной или полной перемотке якоря, маркируют пазы, составляют схему обмотки, эскизируют лобовые части обмотки, бандажи и другие узлы, а затем снимают старые бандажи, распаивают коллектор и снимают старые обмотки. Перед укладкой новой обмотки якорь тщательно очищают, пазы опиливают и красят их стенки. Коллектор проверяют на отсутствие замыканий между пластинами, обмоткодержатель изолируют.

В зависимости от формы паза, напряжения тока и мощности машины обмотки выполняют в виде жестких или мягких секций, а также протяжкой вручную обмоточного провода в закрытые или полузакрытые пазы. Большинство якорей имеет открытые пазы, в которые укладывают заранее отформованные секции. При закладке следят за длиной выступающих из паза прямолинейных участков секций, добиваясь равности их. В машинах мощностью до 5 кВт применен полузакрытый паз. В этом случае секции укладывают через прорез и обращают внимание на формовку лобовых частей, так как неправильная формовка приводит к невозможности укладки последних сторон секций. При намотке жестких секций пользуются металлическим шаблоном.

Катушки полюсов и стержни компенсационной обмотки наматывают на каркасах или деревянных разъемных оправках. Для малых машин применяют каркасы из электрокартона или бакализированной резины.

При нанесении изоляции секций следует обращать внимание на отсутствие сгустков лака, так как они обычно долго не высыхают и при вращении якоря лак будет разбрызгиваться.

После укладки всех секций проверяют соответствие их выводов коллекторным пластинам, испытывают на межвитковое замыкание и при положительных результатах производят запайку проводников в коллектор.

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Электрические двигатели, приводящиеся в движение путем воздействия постоянного тока, применяются значительно реже, по сравнению с двигателями, работающими от переменного тока. В бытовых условиях электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, с питанием от обычных батареек с постоянным током. На производстве электродвигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Питание для них подводится от мощных батарей аккумуляторов.

Устройство и принцип работы

Электродвигатели постоянного тока по конструкции подобны синхронным двигателям переменного тока, с разницей в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателя применяли один магнит и рамку с проходящим по ней током. Такое устройство рассматривалось в качестве простого примера. Современные двигатели являются совершенными сложными устройствами, способными развивать большую мощность.

Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.

Статор может состоять из обмоток возбуждения или из постоянных магнитов. В маломощных двигателях используют постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. Статор с торцов закрыт крышками со встроенными в них подшипниками, служащими для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.

Принцип действия такого двигателя основывается на законе Ампера. При размещении проволочной рамки в магнитном поле, она будет вращаться. Проходящий по ней ток создает вокруг себя магнитное поле, взаимодействующее с внешним магнитным полем, что приводит к вращению рамки. В современной конструкции мотора роль рамки играет якорь с обмотками. На них подается ток, в результате вокруг якоря создается магнитное поле, которое приводит его во вращательное движение.

Для поочередной подачи тока на обмотки якоря применяются специальные щетки из сплава графита и меди.

Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.

Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки притираются к коллектору, повторяя его форму, и с постоянным усилием прижимаются к нему. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а токопроводящая пыль, являющаяся продуктом этого износа, оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно удаление пыли выполняют воздухом под большим давлением.

Щетки требуют периодического их перемещения в пазах и продувки воздухом, так как от накопившейся пыли они могут застрять в направляющих пазах. Это приведет к зависанию щеток над коллектором и нарушению работы двигателя. Щетки периодически требуют замены из-за их износа. В месте контакта коллектора со щетками также происходит износ коллектора. Поэтому при износе якорь снимают и на токарном станке протачивают коллектор. После проточки коллектора изоляция, находящаяся между ламелями коллектора стачивается на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток.

Виды

Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:

Независимое возбуждение

При таком характере возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. При этом параметры двигателя аналогичны двигателю на постоянных магнитах. Обороты вращения настраиваются сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируют специальным регулировочным реостатом, включенным в цепь обмоток возбуждения. При значительном снижении сопротивления или при обрыве цепи ток якоря повышается до опасных величин.

Электродвигатели с независимым возбуждением запрещается запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как его скорость резко возрастет, и двигатель выйдет из строя.

Параллельное возбуждение

Обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. При такой схеме ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно применять для привода вентиляторов и станков.

Регулировка оборотов двигателя обеспечивается реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.

Последовательное возбуждение

В этом случае возбуждающая обмотка подключается последовательно с якорем, в результате чего по этим обмоткам проходит одинаковый ток. Обороты вращения такого мотора зависят от его нагрузки. Двигатель нельзя запускать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель обладает приличными пусковыми параметрами, поэтому подобная схема используется в работе тяжелого электротранспорта.

Смешанное возбуждение

Такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, находящихся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.

Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов.

Особенности эксплуатации

Электродвигатели постоянного тока отличаются экологичностью и надежностью. Их главным отличием от двигателей переменного тока является возможность регулировки оборотов вращения в большом диапазоне.

Такие электродвигатели постоянного тока можно также применять в качестве генератора. Изменив направление тока в обмотке возбуждения или в якоре, можно изменять направление вращения двигателя. Регулировка оборотов вала двигателя осуществляется с помощью переменного резистора. В двигателях с последовательной схемой возбуждения это сопротивление расположено в цепи якоря и позволяет уменьшить скорость вращения в 2-3 раза.

Этот вариант подходит для механизмов с длительным временем простоя, так как при работе реостат сильно нагревается. Повышение оборотов создается путем включения в цепь возбуждающей обмотки реостата.

Для моторов с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяются реостаты для уменьшения оборотов в два раза. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, то это позволит повышать обороты до 4 раз.

Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяют электронными элементами, управляющими скоростью без сильного нагревания.

На коэффициент полезного действия мотора, работающего на постоянном токе, влияет его мощность. Слабые электродвигатели постоянного тока обладают малой эффективностью, и их КПД около 40%, в то время, как электродвигатели мощностью 1 МВт могут обладать коэффициентом полезного действия до 96%.