Онлайн помощник домашнего мастера

Онлайн помощник домашнего мастера

Ротор электродвигателя – особенности конструкции и принцип работы устройства. Инструкция по ремонту и восстановлению

• Электродвигатели

Устройство всех моделей электродвигателя одинаково. Основу конструкции составляют статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся). Статор всегда имеет обмотку, у ротора же она иногда отсутствует. На языке специалистов устройства без обмотки носят название короткозамкнутых, с ней называются фазными. Разберем более подробно узловые элементы электродвигателя.

Краткое содержимое статьи:

Узлы электродвигателя

Вал ротора имеет цилиндрическую форму и производится из стали. Металлические стержни, замыкающиеся с двух сторон, дают ему название – короткозамкнутый ротор. Указанная конструкция обеспечивает высокую степень защиты, поскольку не возникает необходимость частого технического обслуживания устройства, нет нужды в замене подающих ток щеток и т.д.

Если присмотреться к фото ротора электродвигателя, то он напоминает клетку для белки, откуда и название «беличья клетка». Конструкция представляет собой собранные стальные листы небольшой толщины. В специальные пазы помещается обмотка, которая может быть нескольких типов.

Определяющее значение имеет ответ на вопрос о том, каков двигатель – фазного или короткозамкнутого типа. Большее распространение имеют последние конструкционные новинки. Стержни из меди, имеющие большую толщину, помещаются в пазы без дополнительной изоляции. Медные кольца позволяют соединить концы обмотки.

Бывают ситуации, когда «беличья клетка» получает альтернативу в виде литья. Таково в целом устройство ротора электродвигателя короткозамкнутого типа.

Однако существуют модели моторов переменного тока с роторами фазного типа. Их используют крайне редко, в основном, из-за предназначения для более мощных двигателей. Еще одна причина, по которой используют фазные модели – необходимость создания значительного усилия во время пуска.

К основным причинам поломки двигателя асинхронного типа относят износ подшипников, в которых осуществляется вращение вала. Центровка или балансировка ротора электродвигателя осуществляется за счет установленных в статоре крышек. Двигатели также имеют подшипники для облегчения вращательных движений.

Кроме того устройство подразумевает установку крыльчатки, обеспечивающей должное охлаждение двигателя. Статор имеет специальные ребра, улучшающие отдачу тепла от нагреваемого устройства. Именно так обеспечивается работа моторов переменного тока в нормальных тепловых условиях.

Полноценное проведение диагностического осмотра мотора

Для того, чтобы осмотреть статор и другие центральные элементы электродвигателя, используют специальные козлы, оснащенные двумя катками в верхней своей части. Последние упрощают вращение деталей.

Самостоятельный ремонт мотора следует начинать с тщательного изучения всей технической документации. Далее определяется степень износа подшипников, обнаруживаются и устраняются иные дефекты.

Проверить ротор двигателя необходимо на предмет состояния всех металлических элементов, крепления пластин к валу, качества замкнутой проводки и, наконец, должного функционирования вентиляторов.

Технические работы ведутся с использованием набора специальных ключей, обыкновенного тестера и механизмов для подъема. Главное не забыть отключить мотор от сети. Все узлы очищаются от слоя пыли при помощи щеточек и обдуваются сжатым воздухом. В дальнейшем мелкие детали и все их крепления желательно складывать в отдельный ящик, чтобы избежать пропажи.

Ротор электродвигателя разбирается с учетом следующих рекомендаций. Как только щит будет отделен от корпуса двигателя, его сдвигают вдоль вала, стараясь не повредить изоляцию обмоток. Для этих целей используют картон высокой плотности, размещая его между статором и ротором, а впоследствии укладывая на него детали.

С вала также снимаются пружины и подшипники. Демонтируется обмотка короткозамкнутого типа и сердечник. Главным требованием при выемке ротора является аккуратное движение вдоль оси.

При проверке вентиляторов обращают внимание на целостность лопастей и надежность их крепления. Делается процедура при помощи молотка. Дефектные детали заменяются. Нельзя нарушать балансировку, поэтому перед осмотром необходимо сделать заметку на роторе, чтобы при сборе каждый элемент встал на свое место.

Ремонт

Ремонтные работы всего устройства выполняются с целью восстановления его функциональности и работоспособности. Иногда требуется замена некоторых деталей. Например, при нагреве статора по разным причинам, может образоваться нагар на конструкции якоря электродвигателя.

Последовательность шагов тогда следующая:

• демонтаж двигателя;
• очистные работы;
• разборка всех узлов;
• восстановление поврежденных частей;
• покраска;
• сборка двигателя и проверка его в нагрузочном режиме.

Если оборудование представлено фазным типом, то требуются ремонтные работы отдельным его узлам, в том числе и щеточно-коллекторному.

Если стержень имеет трещины, то он подлежит восстановлению или замене. Делается это так: на месте трещины проводится надрез и высверливание отверстий от точки этого надреза до торца замыкающего кольца. Та часть, которая оказалась высверленной, заполняется медным сплавом.

Не стоит забывать и о проверке двигателя на обрыв и короткое замыкание. Сопротивление ротора и статора проверяются при помощи омметра, сверяясь при этом с техническими характеристиками в инструкции по эксплуатации. Однако прибор должен быть крайне чувствителен ввиду стремления сопротивления к нулю в обмотках мощных моделей моторов.

Электродвигатель

Share via

Share via

• LinkedIn
• Facebook
• Twitter
• Messenger
• WhatsApp
• Mail

Чтобы преобразовать воздух в сжатый воздух, нужна энергия. Эта энергия поступает в виде электричества, генерируемого электродвигателем. Наиболее распространенным электродвигателем является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Этот тип двигателя используется во всех видах промышленности. Он является бесшумным и надежным, благодаря чему входит в состав большинства систем, включая компрессоры.

Какие основные компоненты у электродвигателя?

Частота вращения

Эффективность

Класс изоляции

Материал изоляции в обмотке двигателя разделен на классы изоляции в соответствии с IEC 60085, стандартом, опубликованным Международной электротехнической комиссией. Каждый класс обозначается буквой, соответствующей температуре, которая является верхним пределом для области применения изоляции. Если верхний предел превышен на 10 °C в течение продолжительного периода времени, то срок службы изоляции сокращается примерно наполовину.

Максимальная температура обмотки, °С

Температура окружающей среды, °C

Повышение температуры, °C

Запас по тепловыделению, °C

Классы защиты

Классы защиты, согласно IEC 60034-5, определяют, насколько двигатель защищен от контакта и воды. Они указаны в виде букв IP и двух цифр. Первая цифра обозначает защиту от контакта и проникновения твердого предмета. Вторая цифра указывает на защиту от воды.

Например, IP23 означает: (2) защиту от твердых объектов размером более 12 мм, (3) защиту от прямых струй воды под углом до 60° от вертикали. IP 54: (5) защита от пыли, (4) защита от воды, распыленной со всех сторон. IP 55: (5) защита от пыли, (5) защита от струй воды низкого давления со всех сторон.

Методы охлаждения

Методы охлаждения в соответствии с IEC 60034-6 определяют порядок охлаждения двигателя. Они обозначаются буквой IC, за которой следует серия цифр, представляющих тип охлаждения (невентилируемый, самовентилируемый, принудительное охлаждение) и режим охлаждения (внутреннее охлаждение, поверхностное охлаждение, охлаждение по замкнутой схеме, жидкостное охлаждение и т. д.).

Способ установки

Способ установки в соответствии с IEC 60034-7 определяет порядок установки двигателя. Он обозначается буквами IM и четырьмя цифрами. Например, IM 1001 означает: два подшипника, вал со свободными концами и корпус статора с ножками. IM 3001: два подшипника, вал со свободным концом, корпус статора без ножек и большой фланец с простыми фиксирующими отверстиями.

Что такое соединения по схеме звезды и треугольника?

Трехфазный электродвигатель может быть подключен двумя способами: звездой (Y) или треугольником (Δ). Фазы обмотки в трехфазном двигателе обозначены U, V и W (U1-U2; V1-V2; W1-W2). Стандарты в Соединенных Штатах используют обозначения T1, T2, T3, T4, T5, T6. В случае соединения звездой (Y) «концы» фаз обмотки двигателя соединяются вместе, образуя нулевую точку в виде звезды (Y).

Фазное напряжение (фазное напряжение = напряжение сети/√3, например 400 В = 690/√3) будет приложено к обмоткам. Ток Ih в направлении нулевой точки становится фазным током, и, соответственно, через обмотки будет протекать фазный ток If = Ih. В случае схемы треугольника (Δ) выполняется соединение начала и конца разных фаз, которые образуют треугольник (Δ). В результате, на обмотках появляется напряжение сети. Ток Ih в двигателе является током сети, и он будет разделен между обмотками, чтобы обеспечить протекание через них фазового тока, Ih/√3 = If.

Один и тот же двигатель может быть включен на 690 В по схеме звезды или на 400 В по схеме треугольника. В обоих случаях напряжение на обмотках будет составлять 400 В. Ток в двигателе будет ниже при соединении со звездой на 690 В, чем при соединении треугольником на 400 В. Соотношение между уровнями тока равно √3. Например, на табличке двигателя может быть указано 690/400 В. Это означает, что соединение звездой предназначено для более высокого напряжения, а соединение треугольником – для более низкого. Более низкое значение тока, которое также может быть указано на пластине, соответствует соединению по схеме звезды, а более высокое – соединению по схеме треугольника.

Пуск электродвигателя с фазным ротором

Пусковые свойства асинхронного двигателя зависят от особенностей его конструкции, в частности от устройства ротора.

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент двигателя уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.

При пуске асинхронного двигателя имеет место повышенное потребление электрической энергии из питающей сети, затрачиваемое не только на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие потерь в самой асинхронном двигателе, но и на сообщение движущимся звеньям производственного агрегата определенной кинетической энергии. Поэтому при пуске асинхронный двигатель должен развить повышенный вращающий момент.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором начальный пусковой момент, соответствующий скольжению sп= 1, зависит от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.

Рис. 1. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором: а — графики зависимости вращающего момента двигателя с фазным ротором от скольжения при различных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора, б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора.

Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного двигателя с замкнутыми накоротко контактными кольцами, начальный пусковой момент Мп1 = (0,5 -1,0) Мном, а начальный пусковой ток Iп = (4,5 — 7) Iном и более.

Малый начальный пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором может оказаться недостаточным для приведения в действие производственного агрегата и последующего его ускорения, а значительный пусковой ток вызовет повышенный нагрев обмоток двигателя, что ограничивает частоту его включений, а в маломощных сетях приводит к нежелательному для работы других приемников временному понижению напряжения. Эти обстоятельства могут явиться причиной, исключающей использование асинхронных двигателей с фазным ротором с большим пусковым током для привода рабочих механизмов.

Введение в цепь ротора двигателя регулируемых резисторов, называемых пусковыми, не только снижает начальный пусковой ток, но одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть максимального момента Mmax (рис. 1, а, кривая 3), если критическое скольжение двигателя с фазным ротором

sкр = (R2′ + Rд’) / (Х1 + Х2′) = 1,

где Rд’ — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора двигателя, приведенное к фазе обмотки статора. Дальнейшее увеличение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, так как оно приводит к ослаблению начального пускового момента и выходу точки максимального момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора.

Необходимое активное сопротивление резисторов для пуска двигателя с фазным ротором определяют, исходя из требований пуска, который может быть легким, когда Мп = (0,1 — 0,4) Mном, нормальным, если Мп — (0,5 — 0,75) Мном, и тяжелым при Мп ≥ Мном.

Для поддержания достаточно большого вращающего момента двигателем с фазным ротором в процессе разгона производственного агрегата с целью сокращения длительности переходного процесса и снижения нагрева двигателя необходимо постепенно уменьшать активное сопротивление пусковых резисторов. Допустимое изменение момента в процессе разгона M(t) определяется электрическими и механическими условиями, лимитирующими пиковый предел момента М > 0,85Ммах, момент переключения М2 > > Мс (рис. 2), а также ускорение.

Рис. 2. Пусковые характеристики трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Переключение пусковых резисторов обеспечено поочередным включением контакторов ускорения Y1, Y2 соответственно в моменты времени t1, t2 отсчитываемые с момента пуска двигателя, когда в процессе разгона вращающий момент М становится равным моменту переключения М2. Благодаря этому на протяжении всего пуска все пиковые моменты получаются одинаковыми и все моменты переключения равны между собой.

Поскольку вращающий момент и ток асинхронного двигателя с фазным ротором взаимно связаны, то можно при разгоне ротора установить пиковый предел тока I1 = (1,5 — 2,5) Iном и ток переключения I2, который должен обеспечить момент переключения М2 > Мc.

Отключение асинхронных двигателей с фазным ротором от питающей сети всегда выполняют при цепи ротора, замкнутой накоротко, во избежание появления перенапряжений в фазах обмотки статора, которые могут превысить номинальное напряжение этих фаз в 3 — 4 раза, если цепь ротора в момент отключения двигателя окажется разомкнутой.

Ремонт контактных колец ротора электродвигателя

Асинхронные двигатели, которые требуют регулировки скорости вращения имеют контактные кольца. Несмотря на различие в конструкции контактных колец, технологический процесс их изготовления имеет много общего. Он состоит из двух стадий: изолировки втулок и сборки контактных колец.

Контактные кольца ротора электродвигателя: а — асинхронного двигателя единой серии; б — кранового электродвигателя с фазным ротором.

Изолировка втулок контактных колец:

1. Втулки контактных колец изолируют стекломиканитовой изоляцией (формовочным миканитом и стеклотканью).
2. В том и другом случае перед изолировкой на рычажных или роликовых ножницах нарезаются изоляционные материалы.
3. Заготовки миканита нарезают шириной, равной высоте втулки, и длиной, равной развернутой длине боковой поверхности втулки плюс припуск 15 — 20 мм на перекрытие стыка.
4. Ширина заготовок из стеклоткани должна равняться высоте втулки плюс припуск на зачистку по 3 — 5 мм с каждой стороны. Длина заготовок бывает в пределах от 1 до 2 метров, она зависит от ширины рулонного материала, из которого нарезается заготовка.
5. Перед наложением изоляции металлическую втулку обезжиривают.

Изолирование втулки стекломиканитовой изоляцией производят в следующей последовательности:

1. Миканитовую заготовку кладут на плоскую плиту с электрообогревом для размягчения миканита, а боковую поверхность втулки смазывают бакелитовым лаком или лаком МЛ-92. Прокатывая втулку по заготовке, уложенной на плите, производят накатывание изоляции на втулку.
2. Далее на миканитовую изоляцию накладывают (обертывают втулку изоляцией) несколько слоев пропитанной лаком стеклоткани, промазывая ее через один — два оборота лаком.
3. Для удобства изолировки втулку отверстием надевают на металлическую оправку, закрепленную в тисках.
4. Изоляция втулок должна быть электрически прочной (не менее 12 кв), монолитной, без морщин и складок на поверхности и расслоения на торцах и должна хорошо держаться на втулке.
5. В целях выполнения этих требований наложенную на втулку изоляцию опрессовывают, а затем выпекают.
6. Опрессовка изоляции производится на гидравлическом прессе в прессформе, предварительно нагретой до температуры 160-180° С.
7. Пресс форма представляет собой шесть разрезных конических плашек, охватываемых кольцом, с внутренней конической поверхностью (аналогично конструкции колец и плашек для опрессовки коллекторов, но детали пресс форм значительно тоньше, так как усилие опрессовки изоляции втулки намного меньше).
8. Выпекается изоляция в электрических печах при температуре 160-180°, куда помещается пресс-форма с запрессованным изделием и выдерживается там из расчета 25—30 мин на 1 мм толщины стекломиканитовой изоляции и 15-20 мин на 1 мм толщины бумажно бакелитовой изоляции.

После выпечки охлажденное до температуры не выше 100° изделие выпрессовывается из пресс формы. Затем напильником и шлифовальной шкуркой зачищают изоляцию с торцов втулки. Завершающей операцией будет операция контроля, т. е. проверка визуальным осмотром качества изоляции и на испытательной станции — ее электрической прочности.

Сборка контактных колец фазного ротора:

1. Контактные кольца насаживают на изолированную втулку с натягом. Для того чтобы их можно было при сборке надеть на втулки свободно, кольца нагревают до температуры 300 — 350°.
2. При сборке втулку 1 устанавливают на стол пресса на оправку и на втулку надевают горячие контактные кольца 2, 3, 4 и две изолирующие шайбы 7. Все это (см. чертеж контактных колец) опрессовывается давлением 3 — 3,5 тонн (29—34 кн). Не снимая с пресса, под давлением собранное изделие охлаждается сжатым воздухом до температуры не выше 80°.
3. После охлаждения, сняв контактные кольца с пресса, на выводные шины надевают изоляционные гильзы 5 и 6.
4. У контактных колец ( чертеж — а) на концах шин имеется провододержатель 8, который провертывается ко втулке болтами.
5. Свободные места между шинами и радиусными канавками ( чертеж — б) заполняются изолирующей замазкой.
6. Наружную поверхность контактных колец окрашивают серой эмалью.