Ремонт асинхроных двигателей

1. Введение

 

Электротехническая промышленность играет важную роль в решении задач  электрификации, технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства, механизации, автоматизации и интенсификации производственных процессов. Объем производства электроэнергии в России к 2005 году превысил 1 трлн. кВт/ч. Установленная электрическая мощность отдельных предприятий достигает 3 млн. кВт, а количество электрических машин на них - 100 тыс. шт. Годовое потребление электроэнергии на ряде предприятий уже сегодня превышает 5 млрд. кВт/ч. За каждые 10 лет производство и потребление электроэнергии в мире увеличиваются примерно в два раза. В этих условиях правильная организация труда электромонтера и грамотное ведение им эксплуатации электроустановок становятся весьма сложным и ответственным делом, так как любая ошибка эксплуатации может привести к значительным материальным ущербам, выводу из строя дорогостоящего оборудования, большим потерям продукции, нерациональному использованию электроэнергии. Обслуживание электроустановок промышленных предприятий осуществляют сотни тысяч электромонтеров, от квалификации которых во многом зависит надежная и бесперебойная работа электроустановок.

 

На фоне развития промышленности все более возрастает роль электропривода, надежных и мощных электрических  машин с высоким КПД.

 

Одним из самых распространенных видов электрических двигателей является трехфазный асинхронный двигатель  с короткозамкнутым ротором. Такие  двигатели бывают мощностью от десятков ватт, до нескольких мегаватт, при напряжении обмотки статора до 6 кВ. Их используют для привода станков, насосов, вентиляторов, грузоподъемных механизмах и др. У  него есть неоспоримые преимущества: простота конструкции, надежность. При  прочих равных эксплуатационных условиях обычно выбирают именно этот тип двигателей. Однако существует ряд серьезных  недостатков: трудности, связанные  с регулированием частоты вращения, низкий cos (0,85 - 0,9 при полной нагрузке и 0,2 - 0,3 в режиме холостого хода).

 

2. Ремонт трехфазного асинхронного  двигателя с короткозамкнутым  ротором

 

2.1 Устройство асинхронного  двигателя с короткозамкнутым  ротором

 

Двигатель состоит из неподвижной (статора) и вращающейся (ротора) частей.

 

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.

 

Трехфазный асинхронный  двигатель с короткозамкнутым ротором  наиболее прост, надежен в работе и дешев.

 

Рис.1. Устройство трехфазного  асинхронного двигателя:

 

1, 11 - подшипники качения; 2 - вал; 3, 9 - подшипниковые щиты; 4 - клеммная коробка; 5 - сердечник ротора; 6 - сердечник статора; 7 - корпус статора; 8 - обмотка статора; 10 - вентилятор; 12 - кожух; 13 - ребра охлаждения; 14 - лапы; 15 - болт заземления

 

2.2 Принцип действия асинхронного  двигателя с короткозамкнутым  ротором

 

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:

 

S= 100%.

 

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.

 

Рис.3. Технологическая схема  ремонта электрических машин.

 

2.3 Основные неисправности  асинхронного двигателя с фазным  ротором

 

 

Неисправность 

Возможная причина 

 

Не развивает номинальную  скорость вращения и гудит 

Одностороннее притяжение ротора вследствие:

 

а) износа подшипников; б) перекоса подшипниковых щитов; в) изгиба вала 

 

Плохо развивает скорость и гудит, ток во всех трех фазах  различен и даже на холостом ходу превышает  номинальный 

1. Неправильно соединены  обмотки и одна из фаз оказалась  "перевернутой"

 

2. Оборван стержень обмотки  ротора 

 

Ротор не вращается или  вращается медленно, двигатель гудит 

Оборвана фаза обмотки  статора 

 

Вибрирует вся машина 

1. Нарушено центрирование  соединительных полумуфт или  соосность валов

 

2. Неуравновешены ротор, шкив и полумуфты 

 

Вибрация исчезает после  отключения от сети, ток в фазах  статора становится неодинаков, один из участков обмотки статора быстро нагревается 

Короткое замыкание в  обмотке статора 

 

Перегревается при номинальных  перегрузках 

1. Витковое замыкание в  обмотке статора

 

2. Загрязнение обмоток  или вентиляционных каналов 

 

Низкое сопротивление 

1. Увлажнение или загрязнение  обмоток

 

2. Старение изоляции 

 

 

2.4 Осмотр, дефектация и подготовка электрической машины к ремонту

 

Электрическая машина, поступающая  для ремонта, должна быть укомплектована всеми необходимыми деталями, очищена  от грязи и пыли, шкив или полумуфта  должны быть сняты. Нужно проверить  состояние корпуса, крепящих деталей, фланцев, панелей зажимов, выводных концов, осмотреть подшипниковые  щиты. Замерить величину воздушного зазора не менее чем в четырех точках с обеих сторон машины, а также  величину осевого перемещения ротора, проверить целостность обмоток, замерить их омическое сопротивление  и сопротивление изоляции.

 

Измерение сопротивления  изоляции выполняют мегаомметром 1000-2500 В.

 

Измерение сопротивления  обмоток или ее частей рекомендуется  производить универсальным мостом сопротивлений или специальными щупами методом амперметр-вольтметр. Кроме того существуют специальные  аппараты СМ-1, СМ-2 или ЕЛ-1, позволяющие  определить витковые замыкания, обрывы в обмотках, нахождение паза с короткозамкнутым витком, правильность соединения обмоток, маркировку выводных концов и другие повреждения.

 

Если неисправности, выявленные при внешнем осмотре, не препятствуют включению машины под напряжение, ее запускают вхолостую. При этом контролируют вибрацию, нагрев отдельных  частей, обращают внимание на уровень  шума.

 

Температуру отдельных доступных  мест электродвигателя определяют спиртовыми термометрами палочного типа, имеющими цилиндрическую форму и сравнительно небольшие размеры по высоте и  оп диаметру (6-7мм). Резервуар термометра обертывают фольгой, чтобы можно  было плотнее прижать к нагретой поверхности. Широко распространенный способ измерения температуры - термопара  с индикатором температуры. Температура  подшипника может быть выше нормы  в результате повреждения его  или отсутствия смазки.

 

Результаты осмотра, замеров  и наблюдений заносят в протокол, журнал или ведомость дефектов (ремонтную  ведомость), которые являются основными  документами для ремонта.

 

2.5 Ремонт асинхронного  двигателя с короткозамкнутым  ротором

 

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.

 

2.6 Разборка электрической  машины

 

 

Рис.4. Снятие кожуха вентилятора.

 

Разборку производят осторожно, избегая ударов молотком или больших  усилий. Туго отвинчивающиеся болты  или гайки предварительно смачивают  керосином и оставляют на несколько  часов, чтобы они легче отвинчивались.

 

Рис.5. Снятие вентилятора.

 

На основные узлы и детали навешивают бирки, на которых указывают  принадлежность их к данному двигателю. Мелкие детали складывают в ящики. Болты, гайки и шпильки после разборки ввертывают на место во избежание  их потери.

 

Рис.6. Снятие крышек подшипников  и подшипниковых щитов.

 

Отвинчивают болты крепления  фланцев подшипников, снимают фланцы, ослабляют крепления. Отвинчивают  болты, крепящие подшипниковый щит  к корпусу. Не снимая щит, наносят  на него и корпус метки, по которым  при сборке машины щит устанавливают  на свое место. Легкими ударами молотка  через деревянную прокладку по выступающим  частям щита отделяют его от корпуса. Чтобы предохранить ротор

 

И статор от повреждения при  ремонте тяжелых двигателей, до отделения  подшипниковых щитов от корпуса  ротор подвешивают при помощи подъемного приспособления. Отделив  подшипниковый щит от корпуса, передвигают  его вдоль вала машины. Чтобы не повредить железо и изоляцию обмоток  при снятии щита, предварительно в  воздушный зазор между ротором  и статором кладут лист плотного картона, на который и ляжет ротор, когда  щит будет снят.

 

 Рис.7. Извлечение ротора  из статора.

 

В небольших машинах после  снятия обоих подшипниковых щитов  ротор вынимают вручную. В крупных  машинах ротор вынимают подъемными приспособлениями. При выемке ротора следят за тем, чтобы он двигался строго по оси машины.

 

 Рис.8. Снятие подшипников.

 

Шарико- и роликоподшипники снимают с вала съемником. Захваты съемника накладывают на внутреннее кольцо подшипника. В трудных случаях подшипники до съема прогревают, поливая их горячим маслом температурой не более 100° С.

 

Втулки или вкладыши подшипников  скольжения выбивают или выпрессовывают из подшипниковых щитов. В первом случае слегка ударяют молотком по деревянной выколотке, которую прикладывают к торцевой стороне втулки. При этом щит помещают на деревянную подставку, имеющую отверстие, диаметр которого должен быть больше наружного диаметра выбиваемой втулки. Во втором случае пользуются несложным приспособлением, при помощи которого втулку можно выпрессовать и опять запрессовать.

 

2.7 Технология ремонта  узлов и деталей электрических  машин

 

Ремонт сердечников. Сердечники (активная сталь) одновременно служат магнитопроводом и остовом для размещения и укрепления обмотки. При ремонте и замене обмотки необходимо проверить сердечники и устранить обнаруженные дефекты. Основные неисправности сердечников статора и ротора, их причины, а также способы устранения приведены в таблице:

 

 

Неисправность 

Причина