Поиск неисправностей в электронике

Глава 3 Сервисное обслуживание двигателей и генераторов

Электрические двигатели принадлежат к числу наиболее широко используемых в бытовых, коммерческих и промышленных областях. Понимание основ их обслуживания дает возможность заниматься сервисом и другого оборудования.

После появления высоких технологий потребность в электрических двигателях возросла. Были разработаны новые конструкции энергосиловых машин и расширились их возможности.

Электрические генераторы также используются в различных направлениях: от оборудования до автомобильной промышленности. Хотя генератор во многом похож на двигатель, каждый из них имеет специфические особенности и задачи.

В этой главе дается обзор базовых принципов работы двигателей и генераторов, а также методы поиска неисправностей и ремонта.

Конструкция и теория работы электродвигателей во многом повторяет методы подхода и строение генераторов.

Двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую (рис. 3.1). Генератор делает прямо противоположное. Простой генератор постоянного тока можно превратить в электродвигатель, подключив аккумуляторную батарею к зажимам щеток.

Рис. 3.1. Упрощенная конструкция электрического двигателя

Ток подается к якорю от батареи и превращает его в электромагнит. Якорь имеет «северный» и «южный» полюса, расположенные рядом с одноименными полюсами магнита статора. В результате якорь начинает вращаться, поскольку крайние точки отталкиваются друг от друга, как показано на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Вращательное действие упрощенного электродвигателя

Якорь продолжает вращаться, потому что коллектор постоянно меняет ориентацию его полюсов. Такой тип двигателя называется репульсионным. Для увеличения его эффективности на полюсах магнита и на якоре устанавливаются несколько катушек. Это повышает мощность двигателя и делает его работу более равномерной.

Типичный электродвигатель состоит из якоря, обмотки возбуждения, торцевых пластин, подшипников, корпуса, щетки, выключателя и основания (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Основные детали электродвигателя

Большинство из них, несмотря на различия по конструкции и характеру работы, содержат статор (внешняя часть из электрических обмоток двигателя), ротор и торцевые крышки (или торцевые пластины).

Статор обычно изготавливается из множества стальных пластин. Этот набор с оксидным покрытием сваривается в оболочке статора, что уменьшает вихревые токи и нагрев сердечника во время работы двигателя.

Проволочные обмотки состоят из большого количества витков. Важно, чтобы каждая катушка была тщательно собрана, иначе вся обмотка может оказаться закороченной, мотор перегреется и прекратит работу.

Фазные роторы постоянного тока и индукционные роторы переменного тока. Фазный ротор постоянного тока имеет коллектор и используется также для универсальных двигателей переменного тока. Как и статор, имеет многослойную металлическую структуру с катушками из провода и лаковой изоляцией. Индукционные роторы не имеют проволочных обмоток или коллектора.

Ротор переменного тока состоит из нескольких металлических слоев с алюминиевыми, медными и/или стальными стержнями. Эта конструкция обеспечивает индуктивность с малым выделением тепла. Иногда для уменьшения нагрева на валу ротора устанавливаются лопасти, играющие роль вентиляторов. Роторы собираются так, чтобы пазы располагались под углом для обеспечения более стабильной работы. Вращающаяся часть двигателя также балансируется с помощью грузов, прикрепляемых к лопастям вентилятора или валу.

Электродвигатели работают, в основном, по принципу отталкивания или индукции. Энергосиловые машины репульсионного типа, как вы уже знаете, используют отталкивание одинаковых магнитных полюсов. Магнитное поле полюса якоря противодействует полю неподвижных обмоток статора и заставляет якорь вращаться. Коллектор постоянно меняет полярность обмоток якоря, поэтому он не останавливается. Все двигатели постоянного тока и некоторые переменного работают по принципу отталкивания. Для этого им необходим якорь, коллектор и набор щеток.

Индукционные двигатели, как вы могли догадаться, работают по принципу электромагнитной индукции и почти все на переменном токе. Ротор индукционных двигателей, похожий на беличье колесо, обычно состоит из многослойного стального цилиндра и медных стержней, вставленных в прорези. Его называют короткозамкнутым ротором. Когда на обмотки статора подается переменный ток, в роторе вследствие явления электромагнитной индукции также возникает ток, который создает магнитное поле, чья полярность противоположна полярности ноля обмоток статора. Ротор не начнет вращаться сам по себе, поэтому большинство однофазных двигателей требуют стартовой обмотки и выключателя. Трехфазные двигатели не требуют выключателя для запуска поскольку каждая фаза смещена на 120°. Кроме того, индукционные двигателя не нуждаются для работы в якоре, коллекторе или наборе щеток.

Существует много типов и классов электродвигателей, каждый из которых обладает собственными характеристиками и возможностями. Современное развитие технологий увеличило производство двигателей с различными возможностями. Вот некоторые из наиболее распространенных машин:

♦ с расщепленными фазами;

♦ конденсаторные;

♦ с расщепленными полюсами;

♦ репульсионные;

♦ постоянного тока;

♦ синхронные;

♦ универсальные;

♦ многофазные;

♦ редукторные;

♦ шаговые.

Энергосиловая машина с расщепленными фазами представляет собой однофазный индукционный двигатель переменного тока, который обычно работает от сети 220 В, используя короткозамкнутый ротор (рис. 3.4). Работает по принципу индукции. Он устанавливается на многих приборах: моечных машинах, водяных насосах, рефрижераторах, вентиляторах. Мощность двигателя обычно находится в ряду от 0,05 до 0,5 лошадиной силы.

Рис. 3.4. Двигатель с расщепленными фазами

Двигатель с расщепленными фазами имеет две обмотки возбуждения — рабочую и пусковую. Он получил такое название, потому что пусковая обмотка сдвинута на 90° относительно основной рабочей (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Пусковая и рабочая обмотки двигателя с расщепленными фазами

Пусковая или вспомогательная обмотка изготавливается из качественного изолированного медного провода и отвечает за запуск двигателя. Она обычно включена в схему только в течение долей секунды. Двигатель набирает примерно 75 % скорости, после чего центробежный выключатель отсоединяет пусковую обмотку от схемы. Дальнейшую работу ведет основная обмотка (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Сборка центробежного механизма центробежного выключателя

Неподвижная масть центробежного выключателя состоит из двух контактов, которые подключают и отключают пусковую обмотку (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Неподвижная часть центробежного выключателя

Конденсаторные двигатели — однофазные машины переменного тока индукционного типа. По конструкции они почти идентичны двигателям с расщепленными фазами, но содержат один или более конденсаторов. Обычно их мощность находится в диапазоне от нескольких долей до 20 лошадиных сил (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Конденсаторный двигатель

Конденсатор представляет собой устройство, хранящее электрический заряд, а также проводящее переменный ток. Его главная характеристика — емкость, которая измеряется в фарадах (Ф), микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) и пикофарадах (пФ). Наиболее распространенные типы конденсаторов: бумажные и электролитические. Есть три основных типа конденсаторных двигателей; с конденсаторным запуском, с конденсаторным запуском и действием, с отдельными конденсаторами для пуска и рабочего режима.

Двигатели с конденсаторным запуском используют элемент цепи, который подключается последовательно с пусковой обмоткой (рис. 3.9). Когда машина включается, конденсатор заставляет ток из пусковой обмотки поступать в рабочую. Этот эффект вызывает ток в роторе, и он начинает вращаться.

Рис. 3.9. Внутренняя схема двигателя с конденсаторным запуском

В бесшумном, стабильно работающем двигателе с конденсаторным запуском и действием элемент цепи и пусковая обмотка остаются все время в составе схемы. Он часто используется в вентиляторах, рефрижераторах, кондиционерах, где необходим минимальный уровень шума.

Двигатель с отдельными конденсаторами для пуска и рабочего режима также очень тихо работает (рис. 3.10). Он использует два элемента электрической цепи различной емкости. Для пуска служит конденсатор большой емкости, а конденсатор с меньшей емкостью заменяет его после начала работы двигателя. Кроме того, конденсаторные двигатели такого типа часто используются в компрессорах, где нужен высокий вращающий момент при запуске и более чем одна скорость вращения.

Рис. 3.10. Внутренняя схема двигателя с отдельными конденсаторами для запуска и рабочего режима

Двигатель с расщепленными полюсами является, наверное, самым дешевым и обычно его мощность находится в диапазоне от 0,004 до 0,25 лошадиных сил (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Двигатель с расщепленными полюсами

У двигателя с расщепленными полюсами очень малый стартовый вращающий момент. Он используется в таких приборах, как вентиляторы и фены, где наиболее важным является низкая стоимость и минимальные затраты на обслуживание.

Это простой однофазный индукционный двигатель с короткозамкнутым ротором, почти не требующий технического обслуживания. Его полюса выступают из многослойного цилиндра, поэтому их часто называют явно выраженными. Машины не используют пусковую обмотку, подобную самым простым однофазным индукционным двигателям. Они имеют короткозамкнутый виток из толстого медного провода, который выполняет роль пусковой обмотки (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Экранирующее кольцо двигателя с расщепленными полюсами

Когда ток подается на двигатель, короткозамкнутый виток, называемый также экранирующим кольцом, создает магнитное поле, которое сдвинуто по фазе относительно поля обмотки возбуждения. Магнитное поле вызывает ток в роторе, и тот начинает вращаться. После того, как достигнута необходимая скорость вращения, вступает в действие обмотка возбуждения и продолжает вращаться (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Рабочая и пусковая обмотки двигателя с расщепленными полюсами

Можно выделить два основных типа двигателей:

♦ репульсионные;

♦ с репульсионным пуском и индукционным действием.

Как вы, наверное, помните, репульсионный двигатель имеет якорь, коллектор и набор щеток. Работает по принципу отталкивания одноименных полюсов. Он очень похож на коллекторные двигатели постоянного тока и его мощность находится в пределах 0,5-10 лошадиных сил, имеет отличный стартовый вращающий момент и регулируемую скорость. Он обычно используется в компрессорах, кондиционерах, насосах. Скорость репульсионного двигателя можно менять за счет смещения держателя щеток. Это приводит к тому, что щетки сдвигаются ближе или дальше по отношению друг к другу. Таким образом можно управлять скоростью двигателя. Машины запускаются по принципу репульсии. Когда ротор начинает вращаться, он продолжает работать как индукционный двигатель. Щетки и коллектор используются только во время запуска. Когда двигатель стартовал, удаление щеток не повлияет на характеристики его работы. В других типах этих двигателей с помощью центробежного выключателя производится отвод щеток от поверхности коллектора после запуска. Эти машины имеют более сложную конструкцию, однако уменьшают износ щеток.

Двигатели постоянного тока имеют мощности в диапазоне от долей до нескольких тысяч лошадиных сил. Они широко используются в подъемниках, где необходим пусковой вращающий момент и регулирование скорости.

Существуют три типа двигателей постоянного тока: с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением. Основная разница между ними заключается в соединениях между возбуждающей обмоткой и якорем.

В двигателях с последовательным возбуждением якорь и обмотки соединены последовательно, поэтому он может запускаться даже при очень большой нагрузке, изменяя скорость в соответствии с величиной нагрузки. Данный тип устройств обычно используется в стартерах автомобилей, кранов и подъемных устройств, где при малой скорости необходим очень большой вращающий момент (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Упрощенная схема двигателя с последовательным возбуждением

В электродвигателе параллельного возбуждения якорь и возбуждающие обмотки соединены параллельно. Двигатель поддерживает постоянную скорость при изменяющейся нагрузке, но его пусковой вращающий момент меньше, чем у энергосиловой машины с последовательным возбуждением (рис. 3.15). Такие двигатели обычно используются в насосах и подъемниках, где необходима постоянная скорость при изменяющейся нагрузке.

Рис. 3.15. Упрощенная схема двигателя с параллельным возбуждением

Якорь и обмотки в двигателях со смешанным возбуждением или последовательно-параллельных двигателях соединены в виде комбинированной схемы последовательно и параллельно (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Упрощенная схема двигателя со смешанным возбуждением

Как и следует ожидать, двигатели со смешанным возбуждением имеют свойства двигателей с последовательным и параллельным возбуждением. Они обладают неплохим вращающим моментом и хорошей регулировкой скорости. Используются на предприятиях в приводах крупногабаритного оборудования, где необходим хороший пусковой и опрокидывающий момент.

Универсальные двигатели могут работать на постоянном или на переменном токе. Обычно они имеют мощность в доли л.с. Универсальный двигатель представляет собой устройство с последовательным возбуждением. У него очень хороший пусковой вращающий момент и переменная скорость. Такие двигатели, в основном, используются в пылесосах, швейных машинах, бытовых миксерах, вентиляторах, фенах и другой бытовой технике (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Упрощенная схема универсального двигателя с последовательным возбуждением

Наиболее популярный сегодня многополюсный двигатель-трехфазный индукционный переменного тока с мощностью от долей л.с. до нескольких тысяч л.с. (рис. 3.18). Большинство трехфазных двигателей используются в промышленности. Мощность таких устройств от — 10 до 100 л.с.

Рис. 3.18. Трехфазный двигатель

Трехфазные двигатели не требуют серьезного технического обслуживания и ремонта и имеют очень простую конструкцию: содержат несколько катушек, которые распределены между несколькими обмотками, называемыми фазами. Каждая фаза имеет одинаковое число катушек. Три группы катушек, или фазы, соединены звездой или треугольником (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Упрощенная схема соединения фаз двигателя звездой и треугольником

Когда трехфазный ток подастся на обмотки статора, внутри металлических стержней короткозамкнутой обмотки создается вращающееся магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться. Трехфазный ток, продолжающий проходить через обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 120°, поддерживает вращение ротора за счет индукции. Трехфазные двигатели имеют различный вращающий момент, скорость, величину и корпус. Способы их применения очень разнообразны. Обычно они используются в приводах промышленного оборудования.

Синхронные двигатели

Синхронные машины представляют собой индукционные двигатели, работающие с постоянной синхронной скоростью, которая определяется частотой источника питания и количеством полюсов. Они имеют самую разную форму, размер способы применения. Обладают мощностью от долей л.с. для малогабаритных часов и до 3000 л.с. для сталепрокатных станов.

Синхронные двигатели могут работать только на переменном токе. Их скорость постоянна и не меняется в некоторых пределах при увеличении/уменьшении нагрузки. Основной принцип работы заключается в том, что ротор с выступающими полюсами вращается вместе с магнитным полем. Ротор «сцепляется» с полем и остается в постоянном, непрерывном движении. Некоторые из них запускаются постоянным током. Возбуждение ротора создает определенные полюса, которые связаны с вращающимся магнитным полем. Часто такой тип двигателя снабжен небольшим генератором постоянного тока, который присоединен к валу и подает постоянный ток на ротор.

Редукторные двигатели

Это специализированные устройства, которые используются для получения пониженной скорости и большей мощности. Могут быть индукционными или репульсионными (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Редукторный двигатель в разрезе

Редуктор исключает применение приводных цепей и ремней, позволяет развить больший момент по сравнению с моментом электродвигателя. Выбор того или иного типа определяется, в основном, скоростью и вращающим моментом, который при заданной нагрузке не может обеспечить двигатель с аналогичными массогабаритными показателями, а также требования к монтажу, нагрузке, торможению.

Три специальных типа редукторов — прямозубая, винтовая и червячная передача. Первая позволяет получить большую мощность, но при этом работа устройства сопровождается сильным звуковым эффектом. Винтовая передача менее шумная и обеспечивает почти постоянное движение. Червячная имеет минимальное звуковое сопровождение и высокий коэффициент передачи, хотя при этом наименее эффективна. Передачи изготавливаются из металлических и неметаллических материалов. Последние тише в работе, но выдерживают меньшие нагрузки.

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель используется в таких устройствах с цифровым управлением перемещения, как принтеры, медицинское рентгеновское оборудование, фотонаборные машины, регуляторы управления производственным процессом (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Шаговый двигатель постоянного тока

Данные энергосиловые машины обеспечивают фиксированное и точное перемещение, а не непрерывное движение, производимое постоянно вращающимся двигателями. Работа шаговых двигателей основана на теории индукции. Вал вращается на один шаг при подаче очередного импульса управления. Полный цикл завершается, когда выполнены все шаги (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Последовательность переключения при выполнении четырех шагов

Привод шаговых двигателей обычно состоит из источника управляющих импульсов, которым обычно является компьютер, микропроцессор или электронная схема на дискретных элементах, и силового преобразователя. На него подается питание от источника постоянного тока. Преобразователь превращает цифровые импульсы в соответствующую последовательность импульсов переключения для шагового двигателя, который, в свою очередь, преобразует электрическую информацию в механическое перемещение для выполнения операций с нагрузкой (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Преобразователь для превращения управляющих импульсов в последовательность переключения обмоток шагового двигателя

Специальные двигатели и их применение

К числу специальных относятся бесщеточный, линейный, с высоким пиковым усилием, вертикальный и горизонтальный двигатели и усовершенствованные электродвигатели специального назначения. Например, фирма NctGain Technologies, LLC, использует усовершенствованный, обладающий высокой мощностью электродвигатель в электрическом гоночном автомобиле. Это двигатель постоянного тока работает при напряжении 336 В и токе до 2000 А, что позволяет развивать скорость 240 км/ч, и вращающий момент более 275 кг/м. Одной из наиболее быстроразвивающихся областей технологии электрических двигателей являются приводы и их электронные конвертеры. Эти системы обеспечивают комплексные и эффективные функции управления двигателями и используются в средствах передвижения, промышленности, бытовых приборах.

Например, в рамках программы развития силовой электроники и приводов электродвигателей Иллинойского технологического института ведутся исследования и разработки в области силовой электроники, приводов электродвигателей, с возможностью переключения сопротивления, приводов с регулируемой скоростью, бесщеточных двигателей постоянного тока, которые могут использоваться в: робототехнике, электрических средствах передвижения, компьютерных технологиях, телекоммуникациях, современных системах промышленной автоматизации.

Конструкция генераторов очень похожа на строение электродвигателей. Однако если первый преобразует электрическую энергию в механическую, то второй — механическую в электрическую. Генераторы имеют очень широкую сферу применения. Их можно встретить в аэропортах, больницах, на транспорте, компьютерах и средствах телекоммуникаций, на строительных площадках, в промышленности. В основном — это генераторы постоянного и переменного тока (рис. 3.24).

Рис. 3.24. Электрический генератор в разрезе

Генераторы также выполняют важную роль резервных источников питания для систем освещения, управляющих компьютерных центров, общественных объектов, подъемников, устройств контроля температуры, систем обеспечения здоровья. Когда отказывает основной источник питания, система управления вводит в действие резервный генератор.

Большинство подобных приборов состоит из постоянных магнитов с многослойным четырехполюсным ротором, выполненным в виде единой детали, цифрового регулятора напряжения, устройства защиты от перенапряжения и перегрузки, обмоток статора, сборки выпрямителя, подшипников и корпуса. Они обычно классифицируются по размеру корпуса, выходной мощности (кВт) и другим параметрам, определяемым Национальной ассоциацией производителей электрооборудования.

Проводя диагностику неисправностей двигателя, очень важно следовать логической, систематической процедуре, чтобы сэкономить время, не делать ненужных тестов и замены деталей. Большинство обычных неисправностей можно легко выявить с помощью простых контрольно-измерительных приборов. При анализе и ремонте важно, чтобы специалист хорошо понимал назначение данного оборудования.

Стандартный анализ вышедшего из строя двигателя начинается с осмотра и прослушивания. Поищите какие-либо очевидные неисправности: сломанные торцевые крышки, рамы, тугой или неподвижный вал, сгоревшие провода. Каждый из таких симптомов может позволить быстро локализовать проблему. Шумящий двигатель или неподвижный вал, — возможно, признак неисправности в подшипниках. Проверить работоспособность этих компонентов можно, поворачивая вал и пытаясь перемещать их вверх и вниз. Бал, который не вращается, не зафиксирован или имеет значительный люфт при движении вверх-вниз, может указывать на сломанный подшипник.

Основные приборы, используемые при поиске неисправностей электродвигателей:

♦ тестовая лампа;

♦ амперметр;

♦ устройство проверки обмоток;

♦ мегомметр.

Прежде, чем пытаться включать двигатель, специалист должен проверить его на наличие дефектов в схеме, таких как замыкание на землю, короткое замыкание. обрыв.

Как вы помните, замыкание на землю возникает, когда образуется электрический контакт обмоток с какой-либо металлической деталью двигателя. Обычно это происходит из-за плохо изолированного провода со статором или торцевыми крышками. В результате могут перегорать предохранители или возникать сильный нагрев, снижаться мощность. Такая неисправность может привести к поражению током, поэтому при проверке двигателя с замыканием на землю необходима крайняя осторожность. Для этого подключите один вывод тестовой лампы к одному из выводов двигателя, а другой — к статору или корпусу двигателя (рис. 3.25). Если лампа горит, это значит, что в двигателе замыкание на землю.

Рис. 3.25. Использование тестовой лампы для проверки двигателя на замыкание на землю

Обрыв в схеме, как вы знаете, возникает в результате разрыва цепи двигателя, что не позволяет току совершить замкнутый путь. В этом случае двигатель не будет работать, а станет издавать жужжащие звуки.

Для проверки подключите выводы тестовой лампы к выводам двигателя. Если лампа не горит, значит, произошел обрыв. В противном случае целостность цепи сохранена (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Использование тестовой лампы для проверки двигателя на обрыв

Короткое замыкание возникает вследствие дефекта, при котором два провода цепи соединяются и образуют путь для тока в обход нормального пути его движения. Амперметр (используйте прибор с зажимами) часто позволяет обнаружить короткое замыкание в двигателе. Если показания прибора превышают нормальное значение, которое можно найти на бирке двигателя, это первый признак короткого замыкания. Имейте в виду, что другие факторы — низкое напряжение, плохие подшипники, перегрузка, могут привести к слишком большому току двигателя. Горячий, дымящийся прибор, вызывающий перегорание предохранителей, может быть закорочен.

Кроме того, двигатель с коротким замыканием может быстро нагреваться, не запускаться, становиться горячим или работать медленно. Признаком короткого замыкания часто является посторонний шум. Если при включении питания однофазный двигатель только жужжит, попробуйте повернуть вал рукой. Если мотор заработает, то проблема в схеме запуска. Однако если двигатель запускается, но работает неровно: замедляется, затем опять стабильно работает, проблема в рабочей схеме.

Помимо тестовой лампы, замыкание на землю и обрыв в схеме можно обнаружить с помощью мегомметра (рис. 3.27).

Рис. 3.27. Использование мегомметра для проверки двигателя на замыкание на землю и обрыв

Для этого подключите один вывод мегомметра к корпусу, а другой к одному из выводов двигателя. У прибора с замыканием на землю показания будут 0 или около 0. Для проверки на обрыв, подключите мегомметр к каждой паре фаз двигателя. Двигатель с обрывом покажет высокое сопротивление. Омметр также можно использовать для тестирования двигателя на замыкание на землю и обрыв.

Другой способ проверки обмоток возбуждения на короткое замыкание заключается в том, что вы разбираете двигатель и прикладываете небольшое напряжение к обмоткам статора. При этом катушка становится электромагнитом. Поднесите отвертку к каждой катушке и медленно отодвигайте, ощутив магнитное притяжение. Катушка с меньшим притяжением может быть закорочена. Кроме того, если одна из них более горячая, то это еще одно свидетельство в пользу дефекта.

Прежде чем разбирать двигатель, пометьте торцевые крышки и корпус соответственно их расположению. Обычно переднюю крышку помечают двумя штрихами, а заднюю одним. Маркировка двигателя позволяет специалисту правильно собрать его. Необходимо также пометить передний конец вала. Это можно сделать, нацарапав крест. Можно также пометить основание, обращенное к передней торцевой крышке. Многие специалисты выполняют отметки на валу ротора с помощью ножа или небольшого напильника, помечая правильное положение ротора. Метка обычно располагается на переднем конце около передней торцевой крышки.

Для диагностики замыкания на землю обычно необходимо разобрать его и пройти по обмоткам для нахождения места замыкания с металлическими частями двигателя. После локализации проблемы выполняется чистка обмоток, если они грязные или обугленные. Сделать это можно с помощью растворителя. Снова изолируйте обмотки, покрыв их, например слоем эпоксидной смолы или другого изоляционного состава, застывающего на воздухе. Если создается впечатление, что замыкание на землю было вызвано влагой, просушите двигатель в теплой печи или с помощью вентилятора.

Типичными причинами обрыва в цепи являются неисправный или неправильно установленный центробежный переключатель, дефектный конденсатор или оборванный провод в цепи двигателя. Локализуя обрыв, прежде всего проверьте конденсатор. Есть несколько способов сделать это, например заменить новым с теми же номиналами. Если обрыв исчез, то проблема была в конденсаторе. Другой метод проверки — проба на искру. Подключите конденсатор на мгновение к сети питания 220 В. После того как вы отсоедините его от сети, закоротите выводы конденсатора отверткой с изолированной ручкой (рис. 3.28). У хорошего конденсатора образуется искра. Отсутствие ее говорит о неисправности.

Рис. 3.28. Проба на искру выполняется с помощью замыкания контактов конденсатора отверткой

Для проверки на замыкание на землю можно использовать простую тестовую лампу. Подключите один из ее выводов к контакту конденсатора. Соедините другой вывод лампы с металлическим корпусом конденсатора. Если лампа горит, то конденсатор замкнут на землю и его следует заменить (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Использование тестовой лампы для проверки конденсатора на замыкание на землю

Другие методы, тестирования — это использование омметра, тестера конденсаторов или комбинации амперметр-вольтметр.

Центробежный выключатель часто является причиной обрыва в однофазном двигателе. Следует проверить его, чтобы убедиться, что контакты замыкаются. Если этого не происходит, можно добавить прокладки на вал двигателя для решения проблемы. Кроме того, проверьте состояние центробежного переключателя, поскольку он может быть неисправен, и его необходимо заменить.

Обмотки двигателя также следует протестировать на возможные разрывы. Один или более поврежденных проводов может вызвать обрыв в схеме. Если обмотки двигателя плохо прикреплены или повреждены и их невозможно починить. то необходима замена. Короткое замыкание обмоток статора можно проверить с использованием внутреннего устройства проверки обмоток. Поместите устройство на пластины статора на одном конце катушки. Вместе устройство и катушки статора действуют как трансформатор. Катушки устройства работают как первичная обмотка, а катушки статора образуют вторичную цепь.

Устройство проверки обмоток, в которое может быть встроена чувствительная пластина, при размещении на короткозамкнутой катушке будет сильно вибрировать (рис. 3.30). Когда определено, что в двигателе короткое замыкание, следует или заменить сам двигатель, или поменять обмотки.

Рис. 3.30. Проверка статора на короткое замыкание катушки с использованием внутреннего устройства проверки обмоток

Двигатель, в котором замкнут якорь, может подпрыгивать, сильно вибрировать, гудеть, рычать, не работать, приводить к сгоранию предохранителей. Короткое замыкание катушки якоря часто можно определить по изменению цвета и пробою изоляции.

Якорь двигателя можно протестировать на короткое замыкание с использованием внутреннего устройства проверки обмоток. Поместите якорь на устройство, положите на якорь узкую металлическую пластину. Вращайте якорь. Если пластина вибрирует с большой частотой, то это говорит о коротком замыкании (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Проверка якоря на короткое замыкание с использованием внутреннего устройства проверки обмоток

Можно проверить якорь на заземление с помощью тестовой лампы. Соедините один се вывод с коллектором, а другой — с валом ротора. Если лампа загорается, это означает, что якорь закорочен на землю (рис. 3.32).

Рис. 3.32. Использование тестовой лампы для проверки якоря на замыкание на землю

Хотя вопрос перемотки обмоток статора и ротора не рассматривается в этой книге, отметим, что проведение данной процедуры часто является экономически оправданным. Обычно не так выгодно перематывать небольшие изделия, как крупные. Технический прогресс привел к производству доступных, высококачественных обмоток и большого числа их конфигураций для всех моделей двигателей. Современные намоточные станки снабжены компьютеризованным управлением и экранами дисплеев, что обеспечивает простую, гибкую и высокоэффективную работу (рис. 3.33)

Рис. 3.33. Намотка якоря на компьютеризованном электронно-пневматическом обмоточном станке

Неисправные подшипники могут стать причиной шума при работе двигателя, сильного нагревания или, вообще, прекращения его работы. Их можно наладить, прочистив или переустановив.

Если шарикоподшипники не обеспечивают плавного вращения, их следует заменить. Для этого обычно используется специальный инструмент или съемник. При установке нового подшипника для прижатия к валу часто используется инструмент для запрессовки. Подшипники скольжения обычно удаляются, а новые устанавливаются на место с использованием пресса или специальной оправки.

Иногда это можно сделать с помощью приспособления, показанного на рис. 3.34. Часто внутренний диаметр нового подшипника меньше предыдущего. При этом необходимо расширить его с использованием инструмента, называемого расширитель.

Рис. 3.34. Специальный инструмент, используемый для снятия подшипников скольжения с торцевой крышки

Репульсионный двигатель не запускается, щетки сильно искрят, он работает прерывисто или с малой мощностью? Причинами могут быть грязный или изношенный коллектор, неправильно установленные щетки и держатель для них или сломанная прижимная пружина щеток.

Если щетки сильно изношены, их следует заменить. При этом обязательно устанавливайте только предназначенные для данного двигателя компоненты. Точный размер и форма контактной площадки щеток очень важны для удовлетворительной работы двигателя.

Прежде, чем вставить щетки, убедитесь, что держатель чистый, — это позволяет щеткам свободно двигаться. Кроме того, упругость пружины должна быть достаточной для поддержания постоянного давления, обеспечивающего хороший контакт щеток с коллектором. Когда щетки установлены, убедитесь в соответствии профиля щеток и коллектора. Это выполняется с помощью специального шлифовочного бруска для коллектора.

При шлифовке щеток выполните следующие действия:

1. Запустите двигатель на нормальной скорости.

2. Установите брусок для зачистки непосредственно у вращающегося коллектора. Убедитесь, что щетки твердо расположены у коллектора.

3. Прижмите брусок к коллектору только на несколько секунд. Брусок стачивает гранулы и обеспечивает соответствие профилей щеток и коллектора. Не перестарайтесь! Это вызовет износ коллектора и щеток.

4. В завершение сдуйте струей воздуха гранулы с коллектора и области щеток (рис. 3.35).

Рис. 3.35. Способ ручной зачистки коллектора с помощью бруска

Если жесткость пружины или положение держателя щеток неправильно, то двигатель может плохо работать. Проверьте натяжение пружины. В том случае, когда пружина не прижимает щетки к коллектору достаточно плотно, их необходимо заменить. Убедитесь, что держатель обеспечивает плотное и ровное прилегание щеток к коллектору.

Коллектор необходимо прочистить и подрезать, если он выглядит неровным, грязным или в нем слишком много слюды. В зависимости от состояния коммутатора наиболее эффективным и быстрым способом может оказаться ручная обработка точильным камнем (см. рис. 3.35). Этот метод позволяет провести очистку коллектора при работе двигателя с нормальной скоростью. Обработка на станке требует разборки двигателя и помещения якоря на станок, который вращает его. Никогда не обрабатывайте поверхность коллектора больше, чем необходимо для получения чистой концентрической поверхности. Слишком сильное обтачивание полностью уничтожит медные пластины коллектора.

После очистки и обтачивания необходимо также подрезать слюду коллектора. Этот процесс называется прочисткой зазоров. Сделать это можно вручную с помощью лезвия ножовки или специального инструмента. Ручная операция сейчас выполняется редко из-за трудоемкости и неэффективности. Подрезание необходимо для удаления слюды между пластинами коллектора до уровня, приблизительно равного ширине зазора. Слюда удаляется, чтобы обеспечить возможность плавного движения щеток по коллектору, который имеет строгую концентрическую форму без выступов и заусенцев. На рис. 3.36 показано правильное положение устройства зачистки слюды с электроприводом.

Рис. 3.36. Удаление слюды из зазоров коммутатора с помощью специального устройства прямого привода

Часто требуется изменить направление вращения однофазного двигателя. Сделать это можно, поменяв выводы пусковой или рабочей обмотки двигателя (рис. 3.37).

Рис. 3.37. Изменение направления вращения однофазного двигателя

Ту же самую операцию можно применить к двигателям с расщепленными полюсами. Для этого необходимо разобрать его и поменять концы статора, потому что направление вращения зависит от действия экранирующей катушки (рис. 3.38).

Рис. 3.38. Изменение направления вращения двигателя с расщепленными фазами

Чтобы изменить направление вращения двигателя постоянного тока, просто поменяйте полярность подключения полюсов возбуждения или щеток.

Направление движения трехфазного двигателя легко изменить, поменяв местами любые два из трех выводов двигателя (обычно два внешних вывода) — рис. 3.39.

Рис. 3.39. Изменение направления вращения трехфазного двигателя за счет переключения двух внешних выводов

Когда вы снова собираете двигатель, очень важно, чтобы провода не контактировали с его металлическими частями. Обратите особое внимание также, чтобы провода не оказались зажатыми между корпусом и торцевой крышкой. Это вызовет замыкание на землю или короткое замыкание.

Когда вы снова собираете двигатель, необходимо проследить, чтобы все отметки, которые вы нанесли при его разборке, вновь совпали. Обычно для правильного выравнивания торцевые крышки устанавливают с помощью резинового молотка или деревянной киянки. Характерные проблемы редукторных электродвигателей связаны с неправильной смазкой, плохими уплотнениями, прокладками и редукторами. Для большинства редукторных двигателей используется жидкое машинное масло, образующее постоянную смазывающую пленку на зубьях шестерней. Однако для небольших двигателей этого типа из-за проблем с уплотнениями используются густые смазки. Необходимо следить, чтобы смазки было достаточно и она была чистой. В противном случае могут возникнуть повреждения уплотнителей и шестерен. Кроме того, избыточная работа или функционирование в аномальных условиях (например, слишком высокая или низкая температура окружающей среды) могут уменьшить срок службы шестерен.

К числу проблем, возникающих в шаговых двигателях, относятся некачественные подшипники, короткозамкнутые обмотки, неисправные соединительные проводники, неправильная работа привода. Очень важно локализовать неисправность, определив, что именно является причиной — шаговый двигатель, соединительные проводники или привод.

Шаговый двигатель можно проверить на короткое замыкание, обрыв, замыкание на землю аналогично обыкновенному. Замена шагового двигателя также является хорошим средством локализации неисправности.

Еще одна операция по обслуживанию двигателей заключается в проверке на потери в сердечнике. Это дает информацию об эффективности статоров, роторов и якорей. Потери в сердечнике измеряются в ваттах на кг (Вт/кг). Определяющими потери факторами являются уровень гистерезиса и вихревые токи (рис. 3.40).

Рис. 3.40. Подключение оборудования для измерения потерь в сердечнике с использованием тестера

Трансформаторы и другие устройства с кольцевыми обмотками не должны проверяться таким образом, поскольку катушки могут вырабатывать высокое напряжение опасного уровня. Работая с подобными приборами, всегда следуйте руководству изготовителя.

Сервисное обслуживание генераторов напоминает работу с электродвигателями. Начните с обсуждения признаков неправильной работы генератора. Типичными неисправностями генераторов являются: сгоревший предохранитель регулятора, неработающий регулятор, низкое или высокое выходное напряжение, меняющееся напряжение. Помните, что в генераторе могут иметь место высокие остаточные напряжения. Проведите тщательный осмотр, проверьте, петли оборванных соединений, зажатых или поврежденных проводов, заржавевших выводов, посторонних объектов, обгоревших или изношенных компонентов. Нередко внешние частицы — грязь и промышленные отходы — проникают в генератор через решетку охлаждения и засоряют его, нарушая правильный режим работы.

Для проверки плавкого предохранителя регулятора можно при выключенном питании использовать омметр. Чтобы проверить работоспособность регулятора, можно протестировать входное и выходное напряжение. Типичная проблема возникает при работе с нагрузкой, когда выходное напряжение слишком низкое или меняется. Если измерители работают точно и нет некачественных или дефектных соединений, может быть, необходимо разобрать генератор и проверить, все ли его составляющие на месте.

Разбирая генератор, отключите питание, пометьте и промаркируйте все провода и детали для последующей сборки. Используйте соответствующие подъемники, ремни, крепления и другое оборудование, чтобы предотвратить повреждение деталей, особенно при работе с большими, тяжелыми приборами (рис. 3.41).

Рис. 3.41. Снятие задающего генератора с использованием ремня

Всегда проверяйте в статоре незафиксированные, изношенные или сгоревшие обмотки, измеряйте сопротивление между выводами и сравнивайте его со значением, указанным изготовителем.

Проверьте также мегомметром, не возникло ли замыкание на землю между обмотками и корпусом.

При снятии тяжелых роторов генераторов следует использовать подъемник и специальные крепления (рис. 3.42). Аккуратно снимите ротор, направляя его, но не касаясь при этом деталей, чтобы предотвратить повреждение ротора или обмоток.

Рис. 3.42. Использование подъемника и специальных креплений для снятия ротора основного генератора

Неисправные диоды — обычная проблема. Проверьте их, измерив сопротивления. Диод должен показывать высокое сопротивление в одном направлении и низкое при смене положения выводов измерительного прибора. Короткозамкнутый двухэлектродный прибор имеет низкое сопротивление в обоих направлениях. Диод с обрывом, напротив, обладает высоким сопротивлением в обоих направлениях (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Сборка задающего генератора и выпрямителя

Помните, что прибор для измерения сопротивления может иметь недостаточное внутреннее напряжение, чтобы заставить диод проводить ток. Этот фактор влияет на результаты диагностики. Не используйте мегомметр для проверки диодов или регулятора. Если диод или выпрямитель необходимо заменить, соблюдайте полярность подключения. Не закручивайте гайки зажимов слишком сильно.

Заменяя подшипники, используйте соответствующий съемник (рис. 3.44). Иногда крышка подшипника прилипает, и ее приходится нагревать. При замене старой смазки из полости крышки подшипников аккуратно, стараясь не переборщить, заполняйте ее новой до половины высоты.

Рис. 3.44. Снятие подшипника с помощью съемника подшипников и нагревания

Срок службы электродвигателей и генераторов часто определяется тем, как проходит их профилактическое техническое обслуживание. Приборы, за которыми не ухаживают надлежащим образом, можно часто узнать по наличию ржавчины. Продуманная программа технического обслуживания включает осмотр, регистрацию состояния и сервис устройств. Небольшие настройки: замена подшипников, простая очистка двигателя или генератора может предотвратить дорогостоящий и требующий значительного времени ремонт.

Регулярные проверки могут значительно снизить частоту отказов и периодов неудовлетворительной работы электродвигателей. Осмотр должен сопровождаться ведением журнала, где необходимо регистрировать состояние устройств и проведенные работы. Помните, что к каждому прибору требуется индивидуальный подход. Следует чаще проверять двигатели, которые работают в условиях повышенного загрязнения или влажности.

Наиболее очевидными дефектами, которые вы можете встретить при осмотре двигателей, являются грязь, жир, вода и химикаты. Все перечисленное может вызвать короткое замыкание или замыкание на землю, привести к тому, что двигатель при работе будет очень горячим. В результате не избежать быстрого износа деталей и ремонта.

Грязь, масло, а также другие загрязнения перекрывают вентиляционные отверстия двигателя, а накапливаясь на коллекторе, нарушают электрический контакт, ускоряют износ щеток. Скопление воды может вызвать короткое замыкание или замыкание на землю обмоток якоря или статора. В результате двигатель может выйти из строя.

Репульсионные двигатели также требуют регулярного осмотра. Проверьте прижим щеток и выравнивание щеток и держателя. Слегка постучите небольшим резиновым молотком по пластинам коллектора, чтобы проверить их крепление. Плохие щетки необходимо заменить. Грязный коллектор следует протереть чистой тканью или бруском.

Вал ротора необходимо регулярно проверять на отсутствие биений. Для этого воспользуйтесь циферблатным индикатором. Контакты выключателя необходимо регулярно чистить и придавать им правильную форму с помощью надфили, напильника или чистящего бруска (но не наждачной бумаги!). Большинство фирм — поставщиков электрического и электронного оборудования продают химические средства очистки контактов.

Все болты и гайки должны быть затянуты. Провода и обмотки двигателя необходимо проверять на наличие грязи, разрывов, изношенной изоляции. Это предотвратит серьезные поломки в будущем. Обычно проводят чистку и повторную изоляцию обмоток двигателей с использованием застывающей на воздухе эпоксидной смолы или другого изолирующего материала.

Для предотвращения поломок двигателей очень важен регулярный контроль износа подшипников. Подшипники скольжения следует регулярно смазывать. Но не закладывайте в них слишком много смазочного материала! Шарикоподшипники можно обрабатывать маслом или консистентной смазкой, в зависимости от спецификации изготовителя. Обычно подходящим средством для шарикоподшипников служит консистентная смазка — комбинация масла и мыла. Не забывайте, что слишком большое ее количество может спровоцировать перегрев. Это вызовет преждевременный выход подшипников из строя. Скрипящие или очень тугие подшипники следует заменить.

Необходимо сразу уделить внимание неправильному осевому зазору. Это можно проверить, если тянуть, а затем толкать ось вперед-назад. Обычно максимальный осевой зазор составляет 0,4 мм. Отрегулировать его можно, добавляя или удаляя прокладки, смазывая прокладки или затягивая гайки или винты.

Любое увеличение или уменьшение температуры двигателя, увеличение шума, изменение цвета или формы является обычным признаком проблем. Эти условия требуют немедленной реакции и поиска причин их возникновения. Если выяснено, что двигатель невозможно отремонтировать или он не подходит для данного применения, необходимо заменить его. При выборе подходящего двигателя следует принять во внимание несколько факторов. Рабочие и нагрузочные параметры должны соответствовать назначению двигателя. Национальная ассоциация изготовителей электрического оборудования вырабатывает стандарты для двигателей: вращающий момент, скорость вращения (оборотов в минуту), мощность в лошадиных силах, корпус и монтажные размеры. Например, если выполняемая работа требует непрерывного действия в течение, скажем, нескольких часов, необходимо выбрать двигатель продолжительного действия. Для кратковременных операций можно использовать двигатель периодического действия. В других случаях, когда устройство должно работать при специфических температурных условиях или при особых требованиях к вращающему моменту, необходимо использовать специальную смазку и обратить внимание на момент двигателя.

Энергетическая эффективность также является важным фактором. Например, разница в стоимости и экономии электроэнергии при использовании двигателей 50 Вт и 75 Вт может быть очень существенной, если двигатель 50 Вт достаточен для данного применения. Аналогично, перегруженный двигатель будет требовать излишнего тока и со временем сгорит, если он неправильно выбран для данной работы. Перед приобретением обязательно ознакомьтесь с рекомендациями изготовителей по выбору двигателей и эффективности использования энергии.

_{Выберите верный ответ:}

_{1. Обычно электрические двигатели используют свойства репульсии или:}

_{а) магнетизма;}

_{б) емкости;}

_{в) сопротивления;}

_{г) индукции;}

_{д) полупроводимости.}

_{2. При поиске неисправностей электрических двигателей используются: приборы измерения силы тока, тестовые лампы, устройство проверки обмоток и:}

_{а) замена;}

_{б) нагревание и охлаждение;}

_{в) шунтирование;}

_{г) мегомметр;}

_{д) осциллограф.}

_{3. Горячий, дымящийся двигатель является признаком:}

_{а) замыкания на землю;}

_{б) обрыва в схеме;}

_{в) короткого замыкания;}

_{г) «а» и «б»;}

_{д) «в», «г» и «д».}

_{4. Наилучший способ проверки конденсатора электродвигателя 220 В:}

_{а) шунтирование;}

_{б) проверка на искру;}

_{в) вольтметр;}

_{д) амперметр;}

_{е) все перечисленное.}

_{5. Направление вращения трехфазного двигателя можно изменить:}

_{а) переключив два их трех выводов;}

_{б) разобрав двигатель и поменяв местами два вывода;}

_{в) изменив напряжение;}

_{г) перевернув статор;}

_{д) ничего из перечисленного.}

_{6. Когда вы производите очистку коллектора нельзя использовать:}

_{а) бумагу;}

_{б) чистую ткань;}

_{в) оба: «а» и «б»;}

_{г) наждак;}

_{д) ничего из перечисленного.}

_{7. Измерительный прибор, который используется для измерения отклонения вала двигателя:}

_{а) вольтметр;}

_{б) амперметр с зажимами;}

_{в) устройство проверки обмоток;}

_{г) мегомметр;}

_{д) циферблатный индикатор.}

_{8. Необходимо регулярно смазывать подшипник:}

_{а) скольжения;}

_{б) шарикоподшипник;}

_{в) оба: «а» и «б»;}

_{г) ничего из перечисленного;}

_{д) все перечисленное.}

_{9. Консистентная смазка обычно является смесью:}

_{а) воды и мыла;}

_{б) вазелина и мыла;}

_{в) бензина и воды;}

_{г) масла и мыла;}

_{д) ничего из перечисленного.}

_{10. Максимальный осевой зазор обычно составляет:}

_{а) 0,4 мм;}

_{б) 0,32 см;}

_{в) 0,64 см;}

_{г) 1,27 см;}

_{д) 2,54 см.}

_{11. Передача, которая имеет наименьший уровень шума:}

_{а) прямозубая цилиндрическая передача;}

_{б) косозубая передача;}

_{в) червячная передача;}

_{г) все перечисленные.}

_{12. Передача, используемая в редукторах большой мощности:}

_{а) прямозубая цилиндрическая;}

_{б) косозубая передача;}

_{в) червячная передача;}

_{г) все перечисленные.}

_{13. Смазка, которая используется в большинстве редукторных электродвигателей:}

_{а) масло;}

_{б) консистентная смазка;}

_{в) оба: «а» и «б»;}

_{г) ничего из перечисленного.}

_{14. Выбор редукторного электродвигателя обычно определяется:}

_{а) скоростью;}

_{б) вращающим моментом;}

_{в) оба: «а» и «б»;}

_{г) ничего из перечисленного.}

_{15. Система управления приводом шагового двигателя основана на:}

_{а) микропроцессоре;}

_{б) преобразователе;}

_{в) компьютере;}

_{г) все перечисленное.}

_{16. Прибор, который преобразует механическую энергию в электрическую, это:}

_{а) двигатель;}

_{б) тестер потерь в сердечнике;}

_{в) генератор;}

_{г) шаговый двигатель.}

_{17. Генератором переменного тока называется:}

_{а) двигатель переменного тока;}

_{б) шаговый двигатель переменного тока;}

_{в) регулятор;}

_{г) электрическая машина переменного тока.}

_{18. Гистерезис и вихревые токи являются факторами:}

_{а) потерь в сердечнике;}

_{б) дифференциала регулирования;}

_{в) ограничения бросков тока;}

_{г) возбуждения ротора.}

_{19. Высокое остаточное напряжение может иметь место в:}

_{а) регуляторе;}

_{б) статоре;}

_{в) аттенюаторе;}

_{г) выпрямителе.}

_{20. Высокое сопротивление в обоих направлениях при проверке диода показывает:}

_{а) обрыв в схеме;}

_{б) короткое замыкание;}

_{в) замыкание на землю;}

_{г) ничего из перечисленного.}