Наиболее распространенные неисправности машин постоянного тока

Искрение щеток машин постоянного тока.

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

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

При механическом искрении искры зеленого цвета распространяются по всей ширине щетки, подгар коллектора не закономерный, беспорядочный. Механические искрения щеток вызываются: местным или общим биением, задирами на скользящей поверхности коллектора, царапинами, выступающей слюдой, плохой продорожкой коллектора (прорезка слюды между коллекторными пластинами), тугой или слабой посадкой щеток в обоймы щеткодержателей, податливостью бракет, вызывающей вибрацию щеток, вибрацией машин и др.

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

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

Если в обмотке и уравнителях произойдет замыкание, нарушится пайка или возникнет прямой обрыв, искрение будет неравномерным под щетками, а подгоревшие пластины расположатся по коллектору на расстоянии одного полюсного деления.

Если щетки под бракетом одного полюса искрят больше, чем под бракетами других полюсов, значит, произошло витковое или короткое замыкание в обмотках отдельных главных или добавочных полюсов; неправильно расположены щетки или ширина их больше допустимой.

Кроме того, в машинах постоянного тока могут наблюдаться дополнительные нарушения:

смещение щеточной траверсы с нейтрали вызывает искрение и нагрев щеток и коллектора;

деформация скользящей поверхности коллектора вызывает вибрацию и искрение щеток;

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

У крупных машин настройка электромагнитных цепей выполняется по методу безыскровой зоны.

Повышенный нагрев машины постоянного тока.

В машине постоянного тока имеется несколько источников тепла, нагревающих все ее элементы.

В понятие повышенного нагрева изоляции входит переход через определяемый нормами допустимый предел принятых в электромашиностроении классов нагревостойкости изоляции.

В практике электромашиностроительных заводов нашей страны внедрено правило создания определенного запаса по теплостойкости изоляции за счет принятия рабочих температур на класс ниже, чем допускает использованная изоляция. Большинство машин сейчас изготовляется с изоляцией нагревостойкости класса F; это означает, что допустимые превышения температур обмоток должны быть такими же, как для класса В, т. е. примерно 80 °С. Это правило введено вследствие аварийных разрушений изоляции обмоток прокатных машин из-за повышенных температур.

Перегрев машин постоянного тока может быть вызван множеством причин.

При перегрузке машин возникает общий перегрев от тепла, выделенного обмоткой якоря, дополнительными полюсами, компенсационной обмоткой и обмоткой возбуждения. Нагрузка крупных машин контролируется по амперметру, а нагрев обмоток по приборам, соединенным с датчиками, вмонтированными в различные изолированные элементы машины — обмотку якоря, дополнительные полюса, компенсационную обмотку, обмотку возбуждения. В особо ответственных крупных прокатных двигателях, работающих в тяжелых режимах, на пост управления оператору и в машинный зал выведены сигналы, предупреждающие о повышении температуры машины до предельного значения.

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

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

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

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

Перегрев обмотки якоря машины постоянного тока.

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

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

Коллектор как неотъемлемая часть якоря будет способствовать нагреву машины. Температура коллектора может значительно повыситься при следующих обстоятельствах:

постоянная работа машины на предельной мощности;

неправильно выбраны щетки (твердые, высокий коэффициент трения);

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

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

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

Искажение магнитного поля машины постоянного тока происходит, как отмечалось, за счет неравномерности воздушных зазоров под полюсами, а также при неправильном включении катушек главных и дополнительных полюсов, виткового замыкания в катушках главных полюсов, из-за чего возникают уравнительные токи, которые вызывают нагрев обмотки и искрение щеток одного полюса сильнее другого.

При возникновении виткового замыкания в обмотке якоря машина долго работать не может, так как из-за перегрева может произойти выгорание короткозамкнутой секции и активной стали в очаге развития виткового замыкания.

Загрязнение обмотки якоря теплоизолирует ее, ухудшает удаление тепла из обмотки и в результате способствует перегреву.

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

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

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

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

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

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

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

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

Возможны и другие неисправности, например.

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

Обрыв или витковое замыкание в обмотке якоря. Скорость двигателя резко снижена или якорь совсем не вращается. Щетки сильно искрят. Следует помнить, что при обрыве в обмотке коллекторные пластины через два полюсных деления будут выгорать. Это объясняется тем, что при обрыве в обмотке в одном месте напряжение и ток под щеткой при разрыве цепи удваиваются. При обрыве рядом в двух местах напряжение и ток под щеткой утраиваются и т. д. Такую машину следует немедленно остановить на ремонт, иначе коллектор будет испорчен.

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

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

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

Читать еще: Ауди значок температуры двигателя

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

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

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Машина постоянного тока

Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный.

Содержание

1 Типы
2 Принцип действия
- 2.1 Электродвигатель
- 2.2 Генератор
3 Ссылки
4 Литература

Типы [ править | править код ]

Различают следующие виды машин постоянного тока:

по наличию коммутации:
- с коммутацией (обычные);
- без коммутации (униполярный генератор и униполярный электродвигатель);
по типу переключателей тока:
- с коллекторными переключателями тока (с щёточно-коллекторным переключателем);
- с бесколлекторными переключателями тока (с электронным переключателем (вентильный электродвигатель)).
по мощности:
- микромашины — до 500 Вт;
- малой мощности — 0,5-10 кВт;
- средней мощности — 10-200 кВт;
- большой мощности — более 200 кВт.
в зависимости от частоты вращения:
- тихоходные — до 300 об./мин.;
- средней быстроходности — 300—1500 об./мин.;
- быстроходные — 1500-6000 об./мин.;
- сверхбыстроходные — более 6000 об./мин.
по расположению вала:
- горизонтальные;
- вертикальные.

Принцип действия [ править | править код ]

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило, предназначены заводом изготовителем для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.

Электродвигатель [ править | править код ]

Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле — это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор отопителя салона и др.

В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «левой руки». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).

Генератор [ править | править код ]

В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.

Автомобильные генераторы постоянного тока стояли на старых автомобилях (ГАЗ-51, ГАЗ-69 и др.)с 1970-х гг. вытеснены генераторами переменного трёхфазного тока с трёхфазным выпрямителем на шести диодах по схеме академика Ларионова.

Ремонт двигателей постоянного тока

Машины повреждаются чаще всего из-за недопустимо длительной работы без ремонта, плохого эксплуатационного обслуживания или нарушения режима работы, на который они рассчитаны. Повреждения электрических машин бывают механические и электрические.

К механическим повреждениям относят: выплавку баббита в подшипниках скольжения; разрушение сепаратора, кольца, шарика или ролика в подшипниках качения; деформацию или поломку вала ротора (якоря); образование глубоких выработок («дорожек») на поверхности коллекторов и контактных колец; ослабление крепления полюсов или сердечника статора к станине; разрыв или сползание проволочных бандажей роторов (якорей); ослабление прессовки сердечника ротора (якоря) и др.

К электрическим повреждениям относят пробой изоляции на корпус; обрыв проводников в обмотке; замыкание между витками обмотки; нарушение контактов и разрушение соединений, выполненных пайкой или сваркой; недопустимое снижение сопротивления изоляции вследствие ее старения, разрушения или увлажнения и др.

Электрослесарь по ремонту электрических машин должен хорошо знать характерные признаки, а также способы выявления и устранения различных повреждений и неисправностей, возникающих в этих машинах.
Наиболее распространенные неисправности и возможные причины их возникновения в электрических машинах приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Неисправности электрических машин и возможные причины их возникновения

Продолжение таблицы 1

Отремонтированная электрическая машина должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к ней стандартами или техническими условиями.

На ремонтных предприятиях проводят следующие виды испытаний: контрольные — для определения качества электрооборудования; приемосдаточные, проводимые при сдаче отремонтированного электрооборудования ремонтным предприятием и приеме заказчиком; типовые испытания, проводимые после внесения изменения в конструкцию электрооборудования или технологию его ремонта для оценки целесообразности внесенных изменений. В ремонтной практике чаще всего применяют контрольные и приемосдаточные испытания.
Каждая электрическая машина после ремонта вне зависимости от его объема подвергается приемосдаточным испытаниям. При испытаниях, выборе измерительных приборов, сборке схемы измерений, подготовке испытываемой электрической машины, установлении методики и норм испытаний, а также для оценки результатов испытаний используют соответствующие стандарты и инструкции.

Если при ремонте машины не изменена ее мощность или частота вращения, то после капитального ремонта машину подвергают контрольным испытаниям, а при изменении мощности или частоты вращения — типовым испытаниям.

В ремонтной практике встречаются главным образом следующие виды испытаний: до начала ремонта и в процессе его для уточнения характера неисправности; вновь изготовленных деталей машины; собранной после ремонта машины. Общие указания по программе и методике испытаний электрических машин приведены в ГОСТе.

Испытания и проверки собранной после ремонта машины проводят в такой последовательности:
– проверка сопротивления изоляции всех обмоток относительно корпуса и между ними;
– проверка правильности маркировки выводных концов;
– измерение сопротивления обмоток постоянному току;
– проверка коэффициента трансформации асинхронных двигателей с фазным ротором;
– проведение опыта холостого хода;
– испытание на повышенную частоту вращения;
– испытание межвитковой изоляции;
– испытание электрической прочности изоляции.

В зависимости от характера и объема произведенного ремонта иногда ограничиваются выполнением лишь части перечисленных испытаний. Если испытания проводят до ремонта с целью выявления дефекта, достаточно провести часть программы испытаний.

Основными показателями качества произведенного ремонта, определяющими надежность работы отремонтированной электрической машины, являются сопротивление ее изоляции и способность воспринимать номинальную нагрузку.

Поэтому при должном соблюдении технологии выполнения ремонтных операций в ремонтной практике в ряде случаев ограничиваются только испытаниями изоляции и послеремонтной проверкой нагрузочной способности электрической машины.
Сопротивление изоляции испытывают мегомметром, а нагрузочную способность — электромагнитным тормозом. Испытания изоляции электрических машин напряжением до 1000В производят мегомметром Ml 101.

В процессе изготовления обмоток ремонтируемых машин выполняют мегомметром Ml 101 необходимые испытания при каждом переходе от одной технологической операции к другой. По мере выполнения операций изготовления обмотки и движения к завершающей стадии испытательные напряжения снижаются, приближаясь к наименьшим допустимым, предусмотренным соответствующими нормами. Это объясняется тем, что после выполнения очередных технологических операций сопротивление изоляции элементов обмотки может снижаться, и если на последующих стадиях ремонта не снижать испытательные напряжения, то возможен пробой изоляции в такой момент готовности обмотки, когда для устранения дефекта потребуется переделка всей ранее проделанной работы.
Испытательные напряжения должны быть такими, чтобы в процессе испытаний выявлялись дефектные участки, но в то же время не повреждалась исправная часть изоляции.

Читать еще: Виды ракетных двигателей схема

В перечень испытаний входит измерение сопротивления изоляции обмоток до и после пропитки и сушки. Кроме того, испытывают электрическую прочность изоляции обмоток приложением высокого напряжения.

Сопротивление изоляции обмоток электрических машин напряжением до 660 В, измеренное мегомметром на 1000 В после пропитки и сушки, должно быть не ниже: после полной перемотки обмоток — 3 МОм у статора, 2 МОм у ротора; после частичной перемотки обмоток — 1 МОм у статора; 0,5 МОм у ротора.

Указанные сопротивления изоляции обмоток не нормированы, а рекомендуются исходя из практики ремонта и эксплуатации отремонтированных электрических машин.

Ремонт коллекторных электродвигателей своими руками

Содержание

Что такое коллекторный электродвигатель
Предварительная проверка коллекторного электродвигателя
Возможные неисправности коллекторного электродвигателя
Проверка коллекторного электродвигателя мультиметром

В большинстве бытовых устройств (пылесосах, стиральных машинах, мясорубках, фенах, инструментах и т.д.) применяется коллекторный электродвигатель. Как и любой агрегат, он может выйти из строя. Ремонт коллекторных электродвигателей можно осуществить в домашних условиях, не прибегая к помощи специалистов. Для этого достаточно знать, что они собой представляют, и иметь хотя бы минимум опыта.

Что такое коллекторный электродвигатель

Двигатель такого типа – это чаще всего синхронный агрегат, подключающийся к источнику питания 220В, и состоящий из:

статора;
ротора;
щеточно-коллекторного узла;
подшипников.

Все детали заключены в корпус.

Предварительная проверка коллекторного электродвигателя

Если устройство не работает, прежде всего убедитесь, что проблема заключается в самом двигателе. Для этого:

Проверьте, идет ли напряжение на прибор. Включите его в другую розетку (возможно, ремонта требует источник тока).
Осмотрите шнур на предмет обрыва.
Проверьте, не потерян ли контакт у кнопок включения и управления, нет ли механических повреждений.

При отсутствии неполадок в этих деталях разберите прибор. Воспользуйтесь инструкцией, которую производитель обязательно включает в паспорт.

Возможные неисправности коллекторного электродвигателя

Иногда даже люди, знакомые с устройством механизма, слабо представляют, как проверить коллекторный электродвигатель. Ниже мы расскажем обо всех возможных неисправностях и способах их выявления и устранения.

Нарушение контактов. На него указывает активное искрение.
Межвитковое замыкание (замыкание обмоток в коллекторе). Оно также вызывает искрение.
Износ щеточно-коллекторного узла. При этом он чернеет и появляется искрение. Обычно проблема решается путем замены старых элементов на новые. Чтобы снять узел, отодвиньте фиксатор и открутите крепежный болт (в зависимости от модели двигателя).
Потемнение контактной части коллектора. Часто достаточно зачистить его мелкой наждачной бумагой.
Образование канавки в месте контакта щеток с коллектором. Необходимо выполнить проточку узла на станке.
Износ подшипника. Эту неисправность можно определить по усиленной вибрации корпуса во время работы двигателя и биению патрона. В этом случае требуется замена подшипника.
Касание якорем статора. Иногда хватает замены якоря, но в некоторых случаях придется заменить и якорь, и статор.
Сбой управления на микроконтроллере. Установка нового микроконтроллера – оптимальное решение проблемы.
Выгорание или обрыв обмоток. Обратите внимание на их цвет и целостность. Почернение всего корпуса обмоток или их части указывает на выгорание, обрыв легко определяется при визуальном осмотре. В этом случае требуется их замена или перемотка.
Графитовая пыль в пространстве между ламелями. Вашему прибору просто нужна прочистка.
Выгорание изоляции проводов. На эту проблему укажет характерный запах.

Во всех вышеуказанных случаях восстановление коллектора электродвигателя своими руками вполне возможно при наличии необходимых запчастей и инструментов. Только если у вас нет опыта в перемотке обмоток, лучше обратиться в соответствующий сервис. После устранения неполадок соедините все детали в обратном порядке.

Проверка коллекторного электродвигателя мультиметром

Допустим, визуальный осмотр не дал результатов – на первый взгляд все узлы целы, обрывы не обнаружены, запах горелого отсутствует. В этом случае проведите проверку прибора и его элементов с помощью специального прибора – мультиметра. Процесс состоит из нескольких этапов:

Установите на приборе режим измерения сопротивления до 200 Ом.

Прозвоните попарные выводы обмоток статора на ламели. Значения сопротивления должны быть одинаковыми.
Проверьте корпус якоря и ламели. В идеале значение сопротивления стремится к бесконечности.
Прозвоните выводы обмоток. Если сопротивление отсутствует в одном или нескольких контурах, двигатель неисправен.
Проверьте цепь между корпусом статора и выводами обмотки. При наличии пробоя на корпусе эксплуатация агрегата невозможна.
Прозвоните ротор, расположив щупы тестера на коллекторе на максимальном удалении друг от друга. Когда мультиметр покажет значение, слегка проверните ротор до момента соединения щупов со следующей обмоткой. Таким образом проверьте все обмотки. Если значение сопротивления в каждом контуре одинаково или отличается очень незначительно, узел исправен.

Не стоит сразу нести в починку или выбрасывать «забарахливший» прибор, как это предпочитают делать многие. Вы сэкономите средства, если будете знать, как восстановить коллектор электродвигателя самостоятельно. Процесс не слишком сложен и занимает не так уж много времени, а механизм сможет прослужить еще долго.

Пять ключевых контрольных точек для диагностики эффективности и проверки рабочих характеристик электроприводов

Электроприводы являются широко распространенной технологией, которая позволяет преобразовывать непрерывное напряжение от сети переменного тока в напряжение, которое можно изменять и таким образом регулировать крутящий момент и скорость электродвигателей. Эта технология идеально подходит для электродвигателей, которые приводят в движение нагрузки механического оборудования. Электроприводы являются более эффективными, чем простые электродвигатели прямого пуска, и отличаются высокой управляемостью, которая недоступна на простых двигателях прямого привода. Все это обеспечивает снижение расходов на электроэнергию, повышает производительность и увеличивает срок службы электродвигателя.

В соответствии с отчетом Министерства энергетики США (DOE) системы электродвигателей имеют крайне важное значение для работы почти каждого предприятия. На электродвигатели приходится 60–70 % всей потребляемой электроэнергии. В документах Министерства энергетики США также говорится о том, использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на предприятиях позволяет обеспечить значительную экономию средств. Неудивительно, что электроприводы широко распространены во многих отраслях промышленности и на многих предприятиях. Диагностика и техническое обслуживание таких систем электродвигателей являются ключевыми условиями обеспечения их безотказной работы.

Сложности при проверке электроприводов

Обычно диагностика и проверка электроприводов, также известных как частотно-регулируемые приводы (ЧРП), приводы с регулируемой частотой вращения (ПРЧВ) или электроприводы с регулируемой скоростью (ЭРС), выполняется с использованием нескольких измерительных приборов, включая осциллографы, цифровые мультиметры и другие приборы. В ходе таких проверок часто используется метод проб и ошибок, а также традиционный метод исключения. Из-за сложности систем электродвигателей их проверка обычно выполняется раз в год, за исключением случаев, когда система начинает выходить из строя. Документация по истории работы оборудования часто отсутствует или предоставлена не в полном объеме, в связи с этим сложно решить, с чего следует начинать проверку. К такой документации относятся документы о проведении конкретных проверок и ранее выполненных измерений, отчеты о проведенных работах и описание состояния отдельных компонентов после проведения тех или иных работ. Новые достижения в области выполнения проверок позволили решить некоторые проблемы. Современные приборы, такие как анализаторы работы электроприводов Fluke MDA-510 и MDA-550, делают проверку электроприводов более эффективной и информативной благодаря функции документирования каждого этапа работы. Эти отчеты можно хранить и сравнивать с дальнейшими результатами проверок для получения более полного представления об истории обслуживания электропривода.

Более легкий способ выполнения диагностики ЧРП

Эти современные анализаторы электроприводов сочетают в себе функции измерительного прибора, портативного осциллографа и регистратора. На экране прибора отображаются подсказки, понятные диаграммы по настройке, а также пошаговые инструкции, написанные специалистами по работе с электроприводами, которые помогут вам провести основные проверки. Этот новый метод заключается в разделении на части и упрощении сложных проверок. Он позволяет опытным специалистам по работе с электроприводами работать быстрее и получать достоверную необходимую информацию. Кроме того, этот метод позволяет менее опытным техническим специалистам быстрее научиться выполнять процедуры анализа электроприводов.

Поиск первопричины неисправности системы электропривода или выполнение регулярных проверок в рамках профилактического технического обслуживания лучше всего выполнять с помощью набора стандартных тестов и измерений в ключевых точках системы. Проверки начинаются на входе питания, ключевые проверки с использованием различных методов измерения и критериев оценки выполняются по всей системе, и завершаются проверки на выходе.

Ниже приводятся основные проверки для диагностики электроприводов:

Обратите внимание, что выполнение этих проверок на анализаторах электроприводов Fluke осуществляется с пошаговыми инструкциям, кроме того, многие необходимые расчеты выполняются автоматически, поэтому вы можете быть уверены в полученных результатах. Вы также можете сохранять данные в отчете практически в любой момент проверки, что позволяет загрузить документацию в компьютеризированную систему управления техобслуживанием (CMMS) или отправить ее коллеге или эксперту-консультанту.

Читать еще: Что такое двигатель 4х2

Примечание по технике безопасности: Помните, что перед началом проверки всегда необходимо прочитать информацию по технике безопасности для конкретного прибора. Не работайте в одиночку и соблюдайте региональные и государственные правила техники безопасности. Используйте средства индивидуальной защиты (утвержденные резиновые перчатки, маски и огнестойкую одежду) для предотвращения поражения электрическим током и получения травмы в результате дугового разряда при работе с опасными проводниками под напряжением.

Для начала проверки с помощью анализатора электроприводов Fluke просто подключите измерительные датчики в соответствии со схемой, затем нажмите кнопку «Далее».

1. Вход привода

Анализ электропитания, поступающего на электропривод, является эффективным первым действием для определения наличия в питающей цепи искажений, помех или шумов, которые могут повлиять на заземление.

Проверки

Сравните номинальное напряжение привода с фактическим подаваемым напряжением, чтобы быстро определить, находятся ли значения в допустимых пределах. Если выход за пределы диапазона составляет более 10 %, это может говорить о наличии проблем с напряжением питания. Убедитесь, что входной ток находится в пределах максимально допустимого номинала, а проводники имеют подходящий размер.

Сравните измеренное значение частоты с заданным значением. Разница, составляющая более 0,5 Гц, может привести к возникновению проблем.
Убедитесь, что гармоническое искажение находится в пределах допустимого уровня. Визуально проверьте форму сигнала или просмотрите экран гармонического спектра, на котором показано как общее гармоническое искажение, так и отдельные гармоники. Например, формы сигнала с плоской вершиной могут свидетельствовать о нелинейной нагрузке, подключенной к той же питающей цепи. Если общее гармоническое искажение (THD) превышает 6 %, это говорит о наличии потенциальной проблемы.
Проверьте асимметрию напряжения на входных клеммах, чтобы убедиться в том, что асимметрия фаз не слишком высокая (меньше 6–8 %), и что чередование фаз является правильным. Высокое значение асимметрии напряжения может указывать на обрыв фазы. Показание, превышающее 2 %, может привести к прерыванию напряжения и срабатыванию системы защиты привода от перегрузки или нарушить работу другого оборудования.
Проверка асимметрии тока. Чрезмерная асимметрия может указывать на неисправность выпрямителя привода. Асимметрия тока более 6 % может указывать на неисправность преобразователя электропривода и привести к потенциальным проблемам.

2. Шина постоянного тока

Преобразование переменного тока в постоянный в приводе имеет огромное значение. Правильное напряжение и соответствующее сглаживание с низким уровнем пульсаций необходимо для обеспечения максимальной производительности привода. Высокий уровень пульсаций напряжения может быть признаком неисправности конденсаторов или некорректного определения размеров подключенного электродвигателя. Функцию записи анализатора электроприводов Fluke серии MDA-500 можно использовать для динамической проверки производительности шины постоянного тока в рабочем режиме с нагрузкой. В качестве альтернативы для выполнения данной проверки можно использовать измерительный прибор Fluke ScopeMeter® или усовершенствованный мультиметр.

Проверки

Определите, является ли напряжение шины постоянного тока пропорциональным пиковому значению входного напряжения линии. За исключением управляемых выпрямителей, напряжение должно быть кратно 1,31–1,41 среднеквадратичного значения напряжения линии. Низкие показания напряжения постоянного тока могут привести к срабатыванию привода, что может быть вызвано низким входным напряжением сети или каким-либо искажением входного напряжения, например искажением плоской вершиной.
Проверьте наличие любых искажений или ошибок в пиковой амплитуде напряжения линии. Это может привести к ошибке, связанной с повышенным или пониженным напряжением. Показание напряжения постоянного тока ±10 % от номинального напряжения может свидетельствовать о наличии неисправности.
Определите, имеют ли пики пульсации переменного тока разный уровень повторений. После преобразования переменного тока в постоянный на шине постоянного тока будет оставаться небольшая составляющая пульсации переменного тока. Напряжения пульсации выше 40 В могут быть вызваны неисправностью конденсаторов или недостаточным номиналом привода для подключенного электродвигателя или нагрузки.

3. Выход привода

Проверка на выходе привода имеет огромное значение для обеспечения правильной работы электродвигателя и может помочь в решении проблем, возникающих в цепях привода.

Проверки

Убедитесь, что напряжение и ток находятся в соответствующих пределах. Из-за высокого выходного тока электродвигатель может перегреваться, что сокращает срок службы изоляции статора.
Убедитесь, что отношение напряжения к частоте (В/Гц) находится в пределах установленного диапазона для электродвигателя. При высоком отношении электродвигатель может перегреться, при низком отношении произойдет снижение крутящего момента электродвигателя. Стабильное значение частоты и нестабильное значение напряжения могут указывать на неисправность шины постоянного тока; нестабильное значение частоты и стабильное значение напряжения могут свидетельствовать о проблемах переключения (БТИЗ). Нестабильные значения частоты и напряжения свидетельствуют о потенциальных проблемах с цепями регулировки скорости.

Проверьте выходную мощность привода, обращая внимание на отношение напряжения к частоте (Н/Ч) и на модуляцию напряжения. При высоком соотношении напряжения/частоты электродвигатель может перегреться. При низким отношении Н/Ч подключенный электродвигатель может не обеспечивать крутящий момент под нагрузкой, необходимый для эффективного выполнения заданного процесса.
Проверьте модуляцию напряжения, используя измерения между фазами. Высокие пики напряжения могут повредить изоляцию обмотки электродвигателя и привести к срабатыванию привода. Пики напряжения выше 50 % от номинального напряжения свидетельствуют о наличии неисправности.
Проверьте скорость нарастания импульсов переключения, отображенную в показаниях для привода. Время или скорость нарастания импульсов указывается в виде значений dV/dt (скорость изменения напряжения со временем), которые необходимо сравнить с указанной изоляцией электродвигателя.
Проверьте частоту переключения для фазы постоянного тока. Проверьте наличие потенциальных неисправностей электронного переключателя или заземления — об этих неисправностях может свидетельствовать сигнал, плавающий вверх и вниз.
Измерьте асимметрию напряжения, желательно при полной нагрузке. Асимметрия не должна превышать 2 %. Асимметрия напряжения приводит к асимметрии тока, которая может привести к избыточному нагреву обмотки электродвигателя. Одной из причин возникновения асимметрии может быть неисправность цепей привода. Неисправность одной из фаз называется «обрывом фазы», в результате которого электродвигатель может нагреваться, не запускаться после остановки, кроме того, это может привести к значительному снижению эффективности, а также повреждению электродвигателя и подключенной нагрузки.
Измерьте асимметрию токов: она не должна превышать 10 % для трехфазных электродвигателей. Большая асимметрия при низком напряжении может указывать на наличие короткого замыкания на обмотках электродвигателя или короткого замыкания фаз на землю. Большая асимметрия может также привести к срабатыванию привода, высоким температурам электродвигателя и обгоранию обмоток

4. Вход электродвигателя

Напряжение, подаваемое на входные клеммы электродвигателя, является ключевым показателем, кроме того, огромное значение имеет выбор кабеля, соединяющего привод с электродвигателем. Неправильный выбор кабелей может привести к повреждению привода и электродвигателя из-за чрезмерного отраженного пикового напряжения. Эти проверки в значительной мере аналогичны проверкам на выходе привода, описанным выше.

Проверки

Убедитесь, что ток на клеммах находится в пределах номинала электродвигателя. Превышение тока может стать причиной нагревания электродвигателя и снизить срок службы изоляции статора, что может привести к преждевременному отказу электродвигателя.
Модуляция напряжения помогает определить высокие пики напряжения на землю, которые могут повредить изоляцию электродвигателя.
Асимметрия тока, которая может значительно повлиять на срок службы электродвигателя и может быть признаком наличия неисправности преобразователя. Это может привести к прерыванию напряжения и стать причиной срабатывания системы защиты от перегрузки.
Асимметрия тока может указывать на асимметрию напряжения или на неисправности выпрямителя привода.

5. Напряжение на концах вала электродвигателя

Импульсы напряжения от электропривода могут замыкаться от статора электродвигателя к ротору, что приводит к появлению напряжения на валу ротора. Когда напряжение на валу ротора превышает изоляционную способность смазки подшипника, могут возникнуть токи искрового разряда (искрение), что приведет к образованию питтинговой коррозии и канавок на обойме подшипника электродвигателя, из-за чего электродвигатель может преждевременно выйти из строя.

Проверка

Измерьте напряжение между «массой» электродвигателя и валом привода. Например, модель MDA-550 для этой цели оснащена датчиком с щеткой из углеродного волокна. Эта проверка позволяет легко обнаружить наличие разрушительных токов искрового разряда, в то время как показания амплитуды импульса и счетчик событий позволяют принять необходимые меры до возникновения неисправности.

Хотите узнать больше?

Заполните короткую форму запроса на демонстрацию, и мы свяжемся с вами для организации персональной демонстрации от инженера компании Fluke. На вашем рабочем объекте будет проведена практическая демонстрация прибора, основное внимание на которой будет уделено необходимым вам измерениям. Вы увидите, насколько просто пользоваться нашими приборами, а также получите инструкции и рекомендации по эксплуатации прибора и его принадлежностей. Поэтому при покупке вы будете абсолютно уверены в том, что наш прибор полностью соответствует вашим требованиям и вы сможете максимально эффективно его использовать!