Технология ремонта асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (рис.1 и 2 см.приложения) состоит из следующих основных частей: статор с трехфазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой и остов. Обмотка ротора выполнена бесконтактной (она не соединена ни с какой внешней цепью), что определяет высокую надежность такого двигателя.

Основными деталями статора являются корпус и сердечник с обмоткой. Корпус отливают из алюминия (для маломощных двигателей) или из чугуна. Ребра на наружной части корпуса увеличивают площадь поверхности охлаждения. Сердечник статора собран из листов электротехнической стали, покрытых лаком.

Ротор состоит из шихтованного сердечника с обмоткой и вала. Вал ротора вращается в подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах.

Двигатель охлаждают обдувом наружной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором, прикрытым кожухом.

Концы обмоток статора присоединены к зажимам коробки выводов; для крепления двигателя используют лапы, для заземления — болт.

На внутренней стороне полого цилиндра сердечника статора имеются пазы, в которые закладывают статорную обмотку. Обмотку статора машины переменного тока обычно выполняют в виде катушечных групп, которые укладывают в пазы сердечника, которые бывают открытыми, полуоткрытыми и закрытыми. Группа состоит из катушек, (секций), катушка — из одного или нескольких витков. Катушки соединяют последовательно, а катушечные группы — последовательно или параллельно. У трехфазного двигателя обмотка трехфазная и число катушек ее в этом случае равно трем (3, 6, 9, и т.д.) Аналогичные пазы имеются и на роторе — роль обмотки выполняют алюминиевые стержни, которые заливаются в обмотку, заклиниваются, и соединяются по торцам.

Магнитная система. Асинхронная машина в отличие от машины постоянного тока не имеет явно выраженных полюсов. Такую магнитную систему называют неявнополюсной. Число полюсов в машине определяется числом катушек в обмотке статора и схемой их соединения. В четырехполюсной машине (рис.3.см.приложения) магнитная система состоит из четырех одинаковых ветвей, по каждой из которых проходит половина магнитного потока Фп одного полюса, в двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной — шесть и т. д. Так как через все элементы магнитной системы проходит переменный магнитный поток, то не только ротор 1, но и статор 2 выполняют из листов электротехнической стали (рис.4 см.приложения), изолированных один от другого изоляционной лаковой пленкой, окалиной и пр. В результате этого уменьшается вредное действие вихревых токов, возникающих в стали статора и ротора при вращении магнитного поля. Листы статора и ротора имеют пазы открытой, полузакрытой или закрытой формы, в которых располагаются проводники соответствующих обмоток. В статоре чаще всего применяют полузакрытые пазы прямоугольной или овальной формы, в машинах большой мощности — открытые пазы прямоугольной формы.

Сердечник статора 1 (рис.5, а. см.приложения) запрессовывают в литой остов 3 и укрепляют стопорными винтами. Сердечник ротора напрессовывают на вал ротора, который вращается в шариковых подшипниках, установленных в двух подшипниковых щитах. Воздушный зазор между статором и ротором имеет минимальный размер, допускаемый с точки зрения точности сборки и механической жесткости конструкции. В двигателях малой и средней мощности воздушный зазор обычно составляет несколько десятых миллиметра. Такой зазор обеспечивает уменьшение магнитного сопротивления магнитной цепи машины, а, следовательно, и уменьшение намагничивающего тока, требуемого для создания в двигателе магнитного потока. Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя.

Обмотка статора. Она выполнена в виде ряда катушек из проволоки круглого или прямоугольного сечения. Проводники, находящиеся в пазах, соединяются, образуя ряд катушек 2 (рис.5, б см.приложения). Катушки разбивают на одинаковые группы по числу фаз, которые располагают симметрично вдоль окружности статора (рис.6, а см.приложения) или ротора. В каждой такой группе все катушки электрически соединяются, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазного тока или при необходимости переключения отдельных катушек фазы могут иметь несколько параллельных ветвей. Простейшим элементом обмотки является виток (рис.6, б см.приложения), состоящий из двух проводников 1 и 2, размещенных в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии у. Это расстояние приблизительно равно одному полюсному делению т, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу.

Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки. Иногда их называют секциями. Их укладывают таким образом, что в каждом пазу размещается одна сторона катушки или две стороны — одна над другой. В соответствии с этим различают одно- и двухслойные обмотки. Основным параметром, определяющим распределение обмотки по пазам, является число пазов q на полюс и фазу.

В обмотке статора двухполюсного двигателя (см. рис.6, а см.приложения) каждая фаза (А-Х; B-Y; C-Z) состоит из трех катушек, стороны которых расположены в трех смежных пазах, т. е. q = 3. Обычно q > 1, такая обмотка называется распределенной.

Наибольшее распространение получили двухслойные распределенные обмотки. Их секции 1 (рис.7, а см.приложения) укладывают в пазы 2 статора в два слоя. Проводники обмотки статора укрепляют в пазах текстолитовыми клиньями 5 (рис.7, б см.приложения), которые закладывают у головок зубцов.

=Стенки паза покрывают листовым изоляционным материалом 4 (электрокартоном, лакотканью и пр.). Проводники, лежащие в пазах, соединяют друг с другом соответствующим образом с торцовых сторон машины. Соединяющие их провода называют лобовыми частями. Так как лобовые части не принимают участия в индуцировании э. д. с, их выполняют как можно короче.

Отдельные катушки обмотки статора могут соединяться «звездой» или «треугольником». Начала и концы обмоток каждой фазы выводят к шести зажимам двигателя.

Обмотка ротора. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки (рис.8, а см.приложения). Она сделана из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис.8, б см.приложения). Стержни этой обмотки вставляют в пазы ротора без какой-либо изоляции, так как напряжение в короткозамкнутой обмотке ротора равно нулю. Пазы короткозамкнутого ротора обычно выполняют полузакрытыми, а в машинах малой мощности — закрытыми (паз имеет стальной ободок, отделяющий его от воздушного зазора). Такая форма паза позволяет хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивает ее индуктивное сопротивление.

В двигателях мощностью до 100 кВт стержни беличьей клетки обычно получают путем заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника ротора (рис.8, б см.приложения). Вместе со стержнями беличьей клетки отливают и соединяющие их торцовые короткозамыкающие кольца.

Для этой цели пригоден алюминий, так как он обладает малой плотностью, достаточно высокой электропроводностью и легко плавится.

Обычно двигатели имеют вентиляторы, насаженные на вал ротора. Они осуществляют принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и стали статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность. В двигателях с короткозамкнутым ротором лопасти вентилятора часто отливают совместно с боковыми кольцами беличьей клетки (см. рис.8, б см.приложения).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором просты по конструкции, надежны в эксплуатации. Их широко применяют для привода металлообрабатывающих станков и других устройств, которые начинают работать без нагрузки. Однако сравнительно малый пусковой момент у этих двигателей и большой пусковой ток не позволяют использовать их для привода таких машин и механизмов, которые должны пускаться в ход сразу под большой нагрузкой (с большим пусковым моментом). К таким машинам относятся грузоподъемные устройства, компрессоры и др.

Увеличить пусковой момент и уменьшить пусковой ток можно при выполнении беличьей клетки с повышенным активным сопротивлением. При этом двигатель будет иметь увеличенное скольжение и большие потери мощности в обмотке ротора. Такие двигатели называют двигателями с повышенным скольжением (обозначаются АС). Их можно использовать для привода машин, работающих сравнительно небольшое время. На э. п. с. переменного тока эти двигатели (со скольжением до 10%) применяют для привода компрессоров, которые работают периодически в течение коротких промежутков времени при уменьшении давления в воздушных резервуарах ниже определенного предела.

Сердечники статора и ротора образуют магнитную цепь асинхронной машины. При прохождении трехфазного тока по трехфазной обмотке статора создается вращающееся магнитное поле частоты:

n1= 60f ?p или щ=2рf ? p ?n1 ? 9,55

где f — частота питающей сети; p — число пар полюсов на фазу.

При f=50 Гц для двигателей с числом полюсов обмотки статора 2р = 2, 4, 6, 8, 10 синхронная частота вращения соответственно равна 3000, 1500, 1000, 750, 600 об ? мин.

Магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС Е2. Под действием ЭДС в замкнутой обмотке ротора, пересекаемый магнитным полем, действует сила Fэм. Силы, действующие на все проводники обмотки ротора, создают вращающий момент, увлекающий ротор вслед за полем.

Ротор двигателя вращается с асинхронной скоростью k меньшей, чем синхронная скорость вращения поля n. Разность скоростей вращения поля и ротора характеризуется скольжением S, часто выражаемым в процентах:

В номинальном режиме работы двигателя скольжение S обычно невелико (2 — 6%). Если ротор неподвижен (k = 0), то S = 100 %.

Наличие разности скоростей n и k принципиально необходимо (в двигателе),

так, как только при этом создается электромагнитный вращающий момент. Если скольжение отсутствует, то магнитное поле не пересекает проводники ротора, в них не наводится ЭДС, не возникают токи, не создается электромагнитный вращающий момент.

Для изменения направления вращения ротора, т.е. для реверсирования двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора.

Это достигают переключением двух фаз, т.е. двух из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью.

Осмотр, дефектация и подготовка двигателя к ремонту

Как прозвонить асинхронный электродвигатель?

Если при внешнем осмотре ничего не выявленно, тогда необходимо продолжить проверку при помощи электротехнических измерений.

Как прозвонить электродвигатель мультиметром?

Самым распространенным в домашнем хозяйстве электроизмерительным прибором является мультиметр. При его помощи можно прозвонить обмотки на целостность и на отсутствие пробоя на корпус.

В двигателях на 220 Вольт. Необходимо прозвонить пусковую и рабочую обмотки. При чем у пусковой обмотки сопротивление будет в 1.5 раза больше чем у рабочей. У некоторых электромоторов пусковая и рабочая обмотка будут иметь общий третий вывод.

Например, у мотора от старой стиральной машины есть три вывода. Самое большое сопротивление будет между двумя точками, включающей в себя две обмотки, например, 50 Ом. Если взять оставшийся третий конец, то это и будет общий провод.Если замерить сопротивление между ним и вторым концом пусковой обмотки — получите величину равную примерно 30-35 Ом, а если между ним и вторым концом рабочей обмотки — около 15 Ом.

В двигателях на 380 Вольт, подключенных по схеме звезда или треугольник

необходимо будет разобрать схему и прозвонить отдельно каждую из трёх обмоток. У них сопротивление должно быть одинаковым от 2 до 15 Ом с отклонениями не более 5 %.

Обязательно необходимо прозвонить все обмотки между собой и на корпус. Если сопротивление не велико до бесконечности, значит есть пробой обмоток между собой или на корпус. Такие двигатели необходимо ремонтировать, а именно перематывать обмотки.

Как проверить сопротивление изоляции обмоток электродвигателя?

К сожалению, мультиметром нельзя проверить величину сопротивления изоляции обмоток электромотора, для этого необходим меггометр на 1000 Вольт с отдельным источником питания.

При измерении один провод от мегомметра присоединяют к корпусу в неокрашенном месте, а второй по очереди к каждому выводу обмотки.

После этого необходимо измерить сопротивление изоляции между всеми обмотками. При величене менен 0.5 мОм двигатель необходимо просушить.

Во избежании поражения электрическим током нельзя прикосаться к измерительным зажимам во время проведения измерений.

Все измерения необходимо проволить только на обесточенном оборудовании и по продолжительности не менее 2-3х минут.

Как найти межвитковое замыкание?

Наиболее сложным является поиск межвиткового замыкания, при котором замыкается между собой лишь часть витков одной обмотки. Не всегда выявляется при внешнем осмотре, поэтому для этих целей применяется для двигателей на 380 вольт-измеритель индуктивности. У всех трёх обмоток должно быть одинаковое значение. При межвитковом замыкании у поврежденной обмотки индуктивность будет минимальной.

Маленькие хитрости для проверки межвиткового замыкания: Если нет измерителя индуктивности, необходимо вынуть ротор из двигателя подать на все три обмотки статора напряжение через понижающий трансформатор и кинуть в обмотки металлический шарик не большого диаметра. Если в двигателе всё в порядке, шарик будет двигаться по кругу, а в месте межвиткового замыкания он примагнитится.

Проверка должна быть кратковременной, потому что шарик может выскочить, и нанести травму.

При текущем ремонте электрических машин производятся следующие работы:

проверка степени нагрева корпуса и подшипников, равномерности воздушного зазора между статором и ротором, отсутствия ненормальных шумов в работе электродвигателя;

чистка и обдувка электродвигателя без его разборки, подтяжка контактных соединений у клеммных щитков и присоединений проводов;

смена и долив масла в подшипники.

При необходимости производят:

полную разборку электродвигателя с устранением повреждений отдельных мест обмотки без ее замены;

промывку узлов и деталей электродвигателя:

замену неисправных пазовых клиньев и изоляционных втулок, мойку, пропитку и сушку обмотки электродвигателя, покрытие обмотки покрывным лаком, проверку крепления вентилятора и его ремонт, проточку шеек ротора и ремонт беличьей клетки (в случае необходимости), смену фланцевых прокладок;

замену изношенных подшипников качения;

промывку подшипников скольжения и при необходимости их перезаливки, при необходимости их перезаливки, при необходимости заварку и проточку крышек электродвигателя, сборку и проверку работы электродвигателя на холостом ходу и под нагрузкой.

При капитальном ремонте производятся следующие работы: полная или частичная замена обмотки; правка, проточка шеек или замена вала ротора; балансировка ротора; замена вентилятора и фланцев; чистка, сборка и окраска электродвигателя и испытание его под нагрузкой.

Ремонт электродвигателя с короткозамкнутым ротором должен проводиться в соответствии с технологическим процессом.

Подшипники электродвигателя. При замене этих подшипников выполняются следующие работы: отвинчиваются болты, крепящие крышки, и отвинчиваются болты на заднем щите, снимаются наружная крышка и задний щит.

Если на валу ротора имеется полумуфта, ее нужно снять при помощи съемника. Затем отвинчиваются болты переднего щита и легкими толчками ротор подается в сторону переднего щита, затем ротор вынимается из статора, при этом необходимо следить, чтобы не были повреждены лобовые части обмоток и другие детали; ротор укладывается на подставку, исключающую повреждения его деталей, снимается он при помощи съемника, так же и задний подшипник снимается со стороны переднего щита (при необходимости снимаются оба подшипника).

При разборке электродвигателя следует нанести метки керном на все 4 крышки с тем, чтобы восстановить без ошибок установку их по отношению к щитам, а также установку щитов по отношению к статору.

Перед установкой подшипника на вал ротора необходимо:

· тщательно очистить и промыть веретенным маслом поверхности под подшипник на валу и в щитках;

· установить на вал ротора крышки, предварительно очистив их от старой смазки и промыв их в керосине;

· промыть устанавливаемый подшипник в 6%-ном растворе масла в бензине с предварительным нагревом подшипника в масляной ванне до температуры 70-80°С. Затем нагретый подшипник следует надеть на вал ротора и довести его небольшим осевым усилием при помощи оправки в упор до уступа вала ротора. Производить напрессовку подшипников следует осторожно, без ударов по кольцу.

После установки подшипников произвести сборку электродвигателя. При сборке электродвигателя подшипники следует заполнить смазкой. После сборки электродвигателя необходимо вращением ротора проверить отсутствие заеданий и толчков, затем проверить сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса мегомметром типа Ml 101 напряжением 500 в. Величина сопротивления изоляции обмоток электродвигателя в холодном состоянии не должна быть менее 0,5 Мом.

При смене подшипников и ремонте электродвигателя и другого оборудования лифта необходимо иметь полный набор ключей, включая № 130 и 55 (торцовый), отвертку В250 X 1,4, оправку, съемник, молоток, керн и масла (по 15 кг) «цилиндровое 52» (Вапор) и «индустриальное веретенное 2».

Основные требования к установке подшипников скольжения:

· рабочие части вкладышей подшипников должны быть пригнаны (шабрением по шейкам в средней их части по дуге от 60 до 120°);

· норма поверхности соприкосновения (при проверке на краску) шейки вала и нижнего вкладыша — два пятна на 1 см2 поверхности на дуге 60-90°; наличие плотных поясов по концам шейки вала и верхнего вкладыша — одно пятно на 1см2.

Повреждения и замена подшипников качения. Основным повреждением подшипников качения является износ рабочих поверхностей: обоймы, сепаратора, кольца, шариков или роликов, а также наличие глубоких рисок и царапин, следов коррозии, появления цветов побежалости. Ремонт подшипников качения в ЭлРЦ не производят, а заменяют новыми. У электромашин средней мощности срок службы подшипников качения составляет 2 — 5 лет в зависимости от размера двигателя и режима его работы. Допустимые радиальные зазоры в подшипниках качения электрических машин:

внутренние кольца подшипников должны быть насажены на вал плотно;

наружные кольца подшипников должны быть вставлены в расточки подшипниковых щитов свободно с зазором 0,05 — 0,1 мм по диаметру;

осевой зазор (величина осевого перемещения одной обоймы относительно другой) не должен превышать 0,3 мм.

Ремонт уплотнений. Попадание смазки из подшипников внутрь электрических машин происходит из-за конструктивных недостатков, неправильного монтажа уплотнений и неправильного применения смазки. Кольцо с зубчиками, насаженное на вал дополнительно к обычному сальниковому уплотнению, не допускает попадания смазки внутрь машины. Для установки такого кольца необходимо укоротить вкладыш подшипника кольцевой смазки.

Для устранения сильной утечки смазки внутрь машины на вал насаживают маслоотражательное кольцо с наклонными отражателями для отбрасывания масла в подшипник. При сильной осевой вентиляции следует устанавливать дополнительные уплотнения лабиринтного типа. Ремонт уплотняющих устройств заключается в замене шпилек с поврежденной резьбой, сверлении и нарезке резьбы в новых отверстиях уплотняющих колец.

Балансировка роторов. Для обеспечения работы электрической машины вибраций после ремонта ротор в сборе со всеми вращающимися частями (вентилятором, кольцами муфтой, шкивом и т.п.) подвергают балансировке.

Различают статическую и динамическую балансировку. Первую рекомендуют для машин с частотой вращения до 1000 об/мин и коротким ротором, вторую дополнительно к первой — для машин с частотой вращения более 1000 об/мин и для специальных машин с удлиненным ротором. Статическую балансировку производят на двух призматических линейках, точно выверенных по горизонтали. Хорошо сбалансированный ротор остается неподвижным, находясь в любом положении относительно своей горизонтальной оси. Балансировку ротора проверяют для 6 — 8 положений ротора, поворачивая его вокруг оси на угол 45-60°. Балансировочные грузы закрепляют сваркой или винтами. Свинцовые грузы забивают в специальные канавки, имеющие форму ласточкина хвоста.

При динамической балансировке место расположения определяют по величине биения (вибрации) при вращении ротора.

Динамическую балансировку производят на специальном балансировочном станке. Установленный для проверки вращающийся ротор при неуравновешенности начинает вместе с подшипниками вибрировать.

Чтобы определить место неуравновешенности, один из подшипников закрепляют неподвижно, тогда второй при вращении продолжает вибрировать. К ротору подводят острие цветного карандаша или оставляют на нем метку. При вращении ротора в обратном направлении стой же скоростью тем же способом наносят вторую метку. По среднему положению между двумя полученными метками определяют место наибольшей неуравновешенности ротора.

В диаметрально противоположной по отношению к месту наибольшей неуравновешенности точке закрепляют балансировочный груз или высверливают отверстие в точке наибольшей неуравновешенности. После этого аналогичным способом определяют неуравновешенность второй стороны ротора.

Сбалансированную машину устанавливают на гладкую горизонтальную плиту. При удовлетворительной балансировке машина, работающая с номинальной частотой вращения, не должна иметь качаний и перемещений по плите. Проверку производят на холостом ходу в режиме двигателя.

Ремонт обмоток. Перед ремонтом обмоток необходимо точно определить характер неисправности. Часто направляются в ремонт исправные электродвигатели, ненормально работающие в результате повреждения питающей сети, приводного механизма или неправильной маркировки выводов.

Технология ремонта узлов и деталей электрических машин