Ремонт электродвигателя

 
 

РЕМОНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ или ПОКУПКА НОВОГО.  

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ РЕМОНТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 

  
 

РАЗЪЯСНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ  СПЕЦИАЛИСТОВ ОАО «СИБЭЛЕКТРОМОТОР». 
 

Неизбежными факторами, влияющими на надежность и долговечность  работы асинхронных электродвигателей, являются: 

   Ø температура  обмоток; 

   Ø вибрация; 

   Ø воздействие  влаги. 
 

Рассмотрим влияние  вышеуказанных факторов на работу электродвигателя ( электромотора ) после капитального ремонта. 
 

1. Капитальный  ремонт электродвигателя предполагает полную замену обмоток статора и ротора, если он фазный. Для извлечения старой обмотки в 90% случаев применяется тепловая обработка статора вместе со станиной при температуре 200-250°С в течение 2-3 часов. Такая операция, особенно проводимая повторно, существенно ухудшает свойства электротехнической стали, значительно увеличивает ее магнитные потери, прежде всего, из-за разрушения электроизоляционного покрытия между отдельными листами магнитопровода. ГОСТ на электротехническую сталь нормирует, так называемый, «коэффициент старения». Он характеризует процент увеличения удельных потерь в стали при выдержке ее в течение 120 часов в температурном режиме 120-150°С и составляет 3-8% для сталей различных марок. Несложно представить, каким будет «коэффициент старения» стали при неоднократном воздействии на сердечник статора температуры 250°С. Большие магнитные потери заметно снижают К.П.Д. двигателя и приводят к интенсивному нагреву его обмоток, особенно если мощность двигателя более 15-30 кВт. В этом случае стальные потери могут составлять до 40% от общих потерь. 
 

2. Нагрев статора  до предельно высокой температуры  приводит к деформации посадочных  поверхностей замков, что весьма  ощутимо для электродвигателей  в алюминиевом корпусе; как  следствие нарушается равномерность воздушного зазора между статором и ротором, появляется касание ротора о статор, увеличивается общая вибрация электромашины. 

Из комплектующих  изделий при «рециклировании» заменяются, как правило, только подшипники. Подшипниковые  щиты, крышки подшипников и ротора используют от двигателей, отработавших свой ресурс. Бывшие в употреблении детали имеют зачастую недопустимый износ посадочных поверхностей, особенно ступиц щитов под посадку подшипников. Неоднократная напрессовка и распрессовка деталей приводного механизма вызывает повышенное радиальное биение выходного конца вала. Перечисленные отклонения также негативно сказываются на равномерности воздушного зазора между статором и ротором с последствиями повышенной вибрации, о которых говорилось выше. 

Многочисленные  проверки восстановленных электромоторов в контрольных лабораториях показали, что допуски установочно-присоединительных  размеров на всех проверяемых двигателях не соответствуют предусмотренным  ГОСТ 8592-79. Наибольшую погрешность имеют  параллельность опорной поверхности лап оси вращения двигателя, радиальное биение выходного конца вала, радиальное и особенно торцевое биение крепительного фланца. 
 

3. Из-за отсутствия  стандартных запасных частей  в «рециклированных» электродвигателях  нередко применяются резиновые уплотнения кустарного производства. Их использование между станиной и коробкой выводов, между крышкой и коробкой выводов приводит к нарушению степени защиты электромашины, установленной заводом- изготовителем, к опасности проникновения влаги внутрь двигателя, особенно работающего на открытом воздухе. 
 

Все вышесказанное  убедительно доказывает, что «рециклированные»  электродвигатели при работе испытывают на себе повышенное воздействие всех трех неблагоприятных факторов: тепла, вибрации, влаги. 
 

Нельзя забывать про общеизвестное правило «десяти  градусов»: срок службы изоляции уменьшается  вдвое при превышении рабочей  температуры изоляции на 10°С выше допустимой! 
 

Интересные результаты по исследованию совместного влияния  высокой температуры и повышенной вибрации на срок службы асинхронных электродвигателей представлены в книге Гольдберга О. Д. «Качество и надежность асинхронных двигателей», М., «Энергия», 1968г. В ней представлены результаты экспериментов по определению надежности обмоток двух партий асинхронных двигателей А2-71-4. Первая партия электродвигателей проверялась на воздействие только одного фактора - теплового старения при повышенной температуре. Вторая партия испытывалась при воздействии двух факторов - теплового старения и вибрационного ускорения равного 1,5g. По результатам испытаний средняя наработка на отказ первой партии составила 1432 часа, а второй - 330 часов. Другими словами, при добавлении к фактору теплового старения фактора вибрации средняя наработка на отказ уменьшилась более чем в 4 раза! Суммарное воздействие неблагоприятных факторов, которым неизбежно подвергается «рециклированный» электродвигатель, кратно уменьшает показатели их надежности в сравнении с теми, которые гарантирует завод - изготовитель. 
 

От недобросовестной деятельности коммерческих фирм Томска и Москвы, торгующих восстановленными электрическими моторами, пострадали такие известные компании, как «Балт-Кран» г. Калининград, «Сургутская трубная компания», Нижнетагильский металлургический комбинат и ряд других потребителей. В подобных случаях за качество поставляемого товара первоначальный завод-изготовитель ответственности не несет. 

 Асинхронные  электродвигатели - провода и изоляция 

провода и изоляция в электродвигателях             

  

Высокая температура обмоток электрической машины пагубно влияют на срок службы её обмоток. Электродвигатели , имеющие высокое качество изоляции обмоток несомненно более надёжны в эксплуатации. Повышение качества обмоток, использование изоляции от лучших производителей – первоочередная задача заводов, стремящихся удержаться на высококонкурентном рынке электротехнических изделий. 

Назначение изоляции обмоточных проводов - предупреждение междувитковых замыканий. В асинхронных  электродвигателях низкого напряжения междувитковое напряжение обычно составляет несколько вольт. Однако при включениях и выключениях возникают кратковременные импульсы напряжения, поэтому изоляция должна иметь большой запас электрической прочности. Появление ослабления в одной точке может вызвать электрический пробой и повреждение всей обмотки. Пробивное напряжение изоляции обмоточных. проводов должно составлять несколько сот вольт.  

Обмоточные провода  обычно изготавливают с волокнистой, эмальволокнистой и эмалевой изоляцией.  

Волокнистые материалы  на основе целлюлозы обладают значительной пористостью и высокой гигроскопичностью. Для повышения электрической прочности и влагостойкости волокнистую изоляцию пропитывают специальным лаком. Однако пропитка не предохраняет от увлажнения, а лишь снижает скорость поглощения влаги. Из-за этих недостатков провода с волокнистой и эмальволокнистой изоляцией в настоящее время почти не применяют для обмоток электрических машин.  

  

Провода, применяемые  для изготовления обмоток электродвигателей 

  

Основные типы проводов с эмалевой изоляцией, применяемые для изготовления обмоток различных электродвигателей и электрических аппаратов, - поливинилацеталевые провода ПЭВ и провода повышенной нагревостойкости ПЭТВ на полиэфирных лаках. Достоинство этих проводов заключается в небольшой толщине их изоляции, что позволяет увеличить заполнение пазов электродвигателя. Для обмоток асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт в основном применяют провода ПЭТВ.  

Токоведущие части  также должны быть изолированы от других металлических деталей электродвиагателя. Прежде всего необходима надежная изоляция проводов, уложенных в пазах статора и ротора. Для этой цели используют лакоткани и стеклоткани, представляющие собой ткани на основе хлопчатобумажных, шелковых, капроновых и стеклянных волокон, пропитанных лаком. Пропитка повышает механическую прочность и улучшает изоляционные свойства лакотканей. 

В период эксплуатации изоляция подвергается воздействию  различных факторов, влияющих на ее характеристики. Главными из них следует  считать нагрев, увлажнение, механические усилия и химически активные вещества в окружающей среде. Рассмотрим влияние каждого из этих факторов.  

  

Влияние нагрева  на свойства изоляции электродвигателей 

  

Протекание тока по проводнику сопровождается выделением тепла, которое нагревает электрическую машину. Другие источники тепла - потери в стали статора и ротора, вызываемые действием переменного магнитного поля, а также механические потери на трение в подшипниках.  

В целом около 10 - 15% всей потребляемой из сети электрической энергии так или иначе преобразуется в тепло, создавая превышение температуры обмоток двигателя над окружающей средой. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя ток в обмотках возрастает. Известно, что количество тепла, выделяемого в проводниках, пропорционально квадрату тока, поэтому перегрузка электрического двигателя приводит к росту температуры обмоток. Как это действует на изоляцию?  

Перегрев изменяет структуру изоляции и резко ухудшает ее свойства. Этот процесс называется старением. Изоляция становится хрупкой, ее электрическая прочность резко понижается. На поверхности возникают микротрещины, в которые проникает влага и грязь. В дальнейшем происходит пробой и выгорание части обмоток. При увеличении температуры обмоток срок службы изоляции резко снижается. 

  

Классификация электроизоляционных материалов по нагревостойкости 

  

Электроизоляционные материалы, применяемые в электрических  машинах и аппаратах, по их нагревостойкости подразделяют на семь классов. Из них  в короткозамкнутых асинхронных электродвигателях мощностью до 100 кВт применяют пять.  

Непропитанные волокнистые материалы из целлюлозы, шелка и хлопчатобумажные относят  к классу Y (допустимая температура 90°С), пропитанные волокнистые материалы  из целлюлозы, шелка и хлопчатобумажные с изоляцией проводов на основе масляных и полиамидных лаков — к классу А (допустимая температура 105°С), синтетические органические пленки с изоляцией проводов на основе поливинилацетатных, эпоксидных, полиэфирных смол — к классу Е (допустимая температура 120°С), материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, эмали повышенной нагревостойкости — к классу В (допустимая температура 130°С), материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с неорганическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы — к классу F (допустимая температура 155°С).  

Электродвигатели  проектируют с учетом того, чтобы  при номинальной мощности температура обмоток не превышала допустимое значение. Обычно имеется небольшой запас по нагреву. Поэтому номинальному току соответствует нагрев несколько ниже предельной нормы. Температуру окружающей среды при расчетах принимают равной 40°С. Если электрический двигатель работает в таких условиях, когда температура всегда заведомо ниже 40°С, его можно перегрузить. Величину перегрузки можно подсчитать с учетом температуры окружающей среды и тепловых свойств двигателя. Так можно поступать только в том случае, если нагрузка электромотора строго контролируется и можно быть уверенным, что она не превысит расчетного значения. 

  

Влияение влаги  на свойства изоляции электродвигателей 

  

Другим фактором, от которого существенно зависит  срок службы изоляции, является действие влаги. При повышенной влажности воздуха на поверхности изоляционного материала образуется пленка влаги. Поверхностное сопротивление изоляции при этом резко понижается. Образованию пленки воды в большой мере способствуют местные загрязнения. Через трещины и поры влага проникает внутрь изоляции, снижая ее электрическое сопротивление.  

Провода с волокнистой  изоляцией, как правило, невлагостойки. Их стойкость к действию влаги  повышается путем пропитки лаками. Эмальволокнистая и эмалевая изоляции более стойки к действию влаги.  

Следует отметить, что скорость увлажнения существенно  зависит от температуры окружающей среды. При одинаковой относительной  влажности, но при более высокой  температуре изоляция увлажняется  в несколько раз быстрее. 

  

Влияение мехнических  усилий на свойства изоляции электродвигателей 

  

Механические  усилия в обмотках возникают при  неодинаковых тепловых расширениях  отдельных частей машины, вибрации корпуса, при пусках двигателя. Обычно магнитопровод нагревается меньше, чем медь обмотки, их коэффициенты расширения различны. В результате медь при рабочем токе удлиняется больше на десятые доли миллиметра, чем сталь. Это создает механические усилия внутри паза машины и перемещение проводов, что вызывает истирание изоляции и образование дополнительных зазоров, в которые проникает влага и пыль.  
 

Пусковые токи, в 6 - 7 раз превышающие номинальные, создают электродинамические усилия, пропорциональные квадрату тока. Эти  усилия действуют на обмотку, вызывая  деформацию и смещение отдельных ее частей. Вибрация корпуса также вызывает механические усилия, снижающие прочность изоляции.