Разработка технологического процесса ремонта коллекторных электродвигателей с анализом операции балансировки якорей

Рис. 3. Статор коллекторного двигателя (вид  с торца)

Статор – неподвижная часть  двигателя (рис. 3). Для уменьшения вихревых токов сердечник статора выполнен из наборных пластин электротехнической стали, образующих каркас, на котором уложены две ровные секции обмотки, соединённые последовательно [11]. У статора почти всегда есть только два вывода обеих секций обмотки. Но в некоторых двигателях применяется так называемое секционирование обмотки статора и дополнительно имеется третий вывод между секциями. Обычно это делается из-за того, что при работе двигателя на постоянном токе индуктивное сопротивление обмоток оказывает меньшее сопротивление постоянному току и ток в обмотках выше, поэтому задействуются обе секции обмотки, а при работе на переменном токе включается лишь одна секция, так как переменному току индуктивное сопротивление обмотки оказывает большее сопротивление и ток в обмотке меньше. В универсальных коллекторных двигателях стиральных машин применяется тот же принцип, только секционирование обмотки статора необходимо для увеличения количества оборотов вращения ротора двигателя. При достижении определённой скорости вращения ротора, электрическая схема ротора коммутируется таким образом, чтобы включилась одна секция обмотки статора. В результате индуктивное сопротивление снижается, и двигатель набирает ещё большие обороты. Это необходимо на стадии режима отжима (центрифугирования) в стиральной машине. Средний вывод секций обмотки статора применяется не во всех коллекторных двигателях.

Для защиты двигателя  от перегрева и токовых перегрузок последовательно через обмотку  статора включают тепловую защиту с  самовосстанавливающимися биметаллическими контактами. Иногда контакты тепловой защиты выводят на клеммную колодку  двигателя.

Рис. 4. Щётка коллекторного двигателя

Щётка – это скользящий контакт, расположенный вне ротора, прижат к коллектору и обеспечивает электрическое  соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части двигателя (рис. 4). Применяется всегда как минимум пара щёток, которая образует так называемый щёточно-коллекторный узел. Рабочая часть щётки – графитовый брусок с низким удельным сопротивлением и низким коэффициентом трения. Графитовый брусок имеет гибкий медный или стальной жгутик с припаянной контактной клеммой [11]. Для прижима бруска к коллектору применяется пружинка. Вся конструкция заключена в изолятор и крепится к корпусу двигателя. В процессе работы двигателя щётки из-за трения о коллектор стачиваются, поэтому они считаются расходным материалом.

Рис. 5. Тахогенератор

Тахогенератор – измерительный  генератор постоянного и переменного  тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой  скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал (рис. 5). Тахогенератор предназначен для контроля скорости вращения ротора коллекторного двигателя. Ротор тахогенератора крепится напрямую к ротору двигателя и при вращении в обмотке катушки тахогенератора по закону взаимоиндукции наводится пропорциональная электродвижущая сила (ЭДС). Значение переменного напряжения считывается с выводов катушки и обрабатывается электронной схемой, а последняя в конечном итоге задаёт и контролирует необходимую, постоянную скорость вращения ротора двигателя.

Такой же принцип  работы и конструкцию имеют тахогенераторы, применяемые в однофазных и трёхфазных асинхронных двигателях стиральных машин.

В коллекторных двигателях некоторых стиральных машин марки  Bosh и Siemens вместо тахогенератора применяется датчик Холла. Это очень компактный и недорогой полупроводниковый прибор, который устанавливается на неподвижной части двигателя и взаимодействует с магнитным полем кругового магнита, установленным на валу ротора непосредственно рядом с коллектором. У датчика Холла три вывода, сигналы с которого также считываются и обрабатываются электронной схемой.

Принцип работы электродвигателя рассмотрим на примере простейшего  двигателя, у которого якорь содержит только одну обмотку.

К щеткам подается необходимое для работы электродвигателя напряжение. Благодаря взаимодействию тока, текущего по обмотке, с магнитным  полем статора ротор поворачивается. Когда рамка оказывается в  вертикальном положении, ток через  нее прекращается, так как щетки  касаются не пластин коллектора, а  изоляции между ними. Однако по инерции  ротор проскакивает это положение, и щетки снова касаются коллекторных пластин. Ток опять течет по обмотке, а на якорь действует вращающий  момент в том же направлении. Так  якорь вращается до тех пор, пока в его обмотку поступает электрический  ток.

Если статором служит электромагнит, то его обмотку можно  соединить с обмоткой якоря либо последовательно, либо параллельно.

 

 

3. Балансировка якоря

 

Якорь является вращающейся  частью электрической машины. Вращение всякой детали проходит спокойно в  том случае, когда центр ее тяжести  лежит на оси вращения. Если же это  условие не выполнено, то при вращении появляются биения, машину начинает трясти; если машина не закреплена на фундаментной плите, то она начинает «ползти». Все  эти явления зависят от скорости вращения и усиливаются пропорционально  квадрату скорости.

Рис. 6. Балансировочный станок АТМ-3000У

По форме якорь  представляет собой цилиндр, у которого центр тяжести должен лежать на оси. По ряду причин центр тяжести смещается  в сторону и если представить  себе якорь, разрезанным на две части  вдоль оси, то одна половина будет  тяжелее другой. Для обеспечения  спокойного вращения якоря в подшипниках  к более легкой стороне якоря  прикрепляют дополнительные балансировочные  грузы или снимают слой металла  с тяжёлой. Процесс нахождения величины и места дисбаланса называется балансировкой  якоря.

Для машин со скоростью  вращения до 1000 об/мин применяют статическую балансировку. Для этого якорь кладут шейками вала на ровные, горизонтальные стальные линейки и, перекатывая его рукой, останавливают в различных положениях. Если центр тяжести лежит выше оси вращения, то якорь начинает катиться по линейкам самостоятельно. После нескольких перекатываний то в одну, то в другую сторону якорь, наконец, остановится. При этом центр тяжести его окажется в самом нижнем положении. Если якорь вывести из этого положения, то он после нескольких перекатываний снова вернется в прежнее положение. Следовательно, легкая половина якоря расположена вверху. Ее помечают мелом и прикрепляют к ней балансировочный груз. Затем снова проверяют якорь на линейках и подбирают величину балансировочного груза так, что якорь перестает самостоятельно перекатываться по линейкам, в каком бы положении его не остановили. Это и будет служить признаком того, что процесс балансировки закончен.

Если диаметры шеек вала разные, то при перекатывании  на линейках и при повороте якоря  на один и тот же угол шейка с  большим диаметром будет проходить  больший путь, чем шейка с меньшим  диаметром. Вследствие этого шейка  с большим диаметром должна будет  проскальзывать, что затруднит перекатывание  якоря. От этого нарушается точность балансировки. Для устранения этого  явления на шейку вала меньшего диаметра надевают кольцо, толщина которого равна разности радиусов шеек вала. Имея несколько таких колец, можно  балансировать якоря с различными диаметрами шеек вала.

При проведении статической  балансировки якорей требуется механизация  и автоматизация этого процесса. Поэтому необходимо рассмотреть  принцип действия устройств, обеспечивающих нанесение меток на место расположения дисбаланса и определяющих его величину. Нанесение меток производится при  помощи краски или высоковольтного  разряда на поверхность сердечника [6].

В первом устройстве имеется баллон с краской, в котором  расположены два электрода.  Они  подсоединены к высоковольтному  источнику напряжения, соединённому с блоком управления. В момент времени, когда балансируемый якорь займёт устойчивое положение, производится включение  блока управления. Происходит подача высокого напряжения с блока на электроды, расположенные в полости с  краской. Высоковольтный разряд кратковременно создаёт повышенное давление, которое выбрасывает краску на поверхность сердечника якоря.

Во втором устройстве используется высоковольтный источник, соединяемый с электродами и  управляемый блоком. После того, как балансируемый якорь занял  устойчивое положение, включают блок управления. Высокое напряжение пробивает воздушный  зазор между электродами и  поверхностью якоря, оставляя на ней  след – метку на месте неуравновешенной массы. Величина дисбаланса определяется путём измерения момента, создаваемого им, прямым или косвенным методом [6].

В машинах со скоростями вращения более 1000 об/мин, особенно при  большой длине якоря, статическая  балансировка становится недостаточной, так как каждая сторона якоря  сбалансирована самостоятельно. Поэтому  быстроходные машины нуждаются в  динамической балансировке. Для этого  якорь укрепляют в подшипниках, которые опираются на упругие  опоры. Одну опору закрепляют, и якорь  приводят во вращение, прижимая к его  поверхности бесконечный ремень, который приводится в движение электродвигателем, затем отводят ремень от якоря  и дают ему возможность вращаться  по инерции. При смещении центра тяжести  якоря упругие опоры подшипников  будут раскачиваться из стороны  в сторону. К ровной поверхности  якоря подводят мелок или карандаш, и он оставит черту на той стороне  якоря, биение которой при прохождении  около мелка было наибольшим. Затем  повторяют ту же операцию при вращении якоря в противоположном направлении, и мелок снова наносит черточку на якоре. Место крепления груза  будет посредине между черточками.

Отбалансировав  одну сторону якоря, закрепляют этот подшипник и освобождают второй подшипник. При этом операции балансировки продолжаются в таком же порядке. После балансировки второй стороны  надо снова проверить первую сторону  якоря. Динамическая балансировка позволяет  путем размещения грузов на обеих  сторонах якоря устранить любое  смещение центра тяжести якоря. Для  быстрого определения величины и  места закрепления грузов надо обладать теоретическими знаниями о балансировке и практическим опытом.

2. Практическая часть
1. Технологический процесс ремонта коллекторного электродвигателя

 

 

Наименование технологического процесса	Оборудование и  инструменты	Показатели ремонтируемого электродвигателя
Внешний осмотр и пред ремонтная проверка электродвигателей.	Стенд для проверки электрических параметров; аппарат  ЕЛ- 1; мегомметры на 1000 и 500 В.	1. Состояние электродвигателя.  2. Целостность фаз.  3. Сопротивление изоляции обмоток не менее 0,5 мОм.  4. Испытание на пробой: 500 В + двукратное номинальное напряжение.  5.Обнаружение короткозамкнутых витков.
Разборка электродвигателя.	Стенд для разборки	---
Съем, проверка, хранение и напрессовка подшипников.	Пресс ручной ПЗП; съемники; щипцы или металлические крючки; латунная конусная оправка.	Легкость хода подшипника проверяется в горизонтальном положении, насадив подшипник внутренним кольцом на конусную латунную оправку.
Выемка обмоток.	Тупиковая электропечь; приспособление для выемки обмоток;  токарный станок для подрезки лобовых частей	Температура нагрева 250...300 'С
Мойка деталей электродвигателя, кроме ротора и статора.	Ванна промывная; камера обдува.	3-процентный раствор  кальцинированной соды при температуре  80...90 ºС; ротор и статор обдуть.
Определение дефектов в деталях электродвигателя.	Стенд для проверки биения; плита поверочная 1000x1500 мм; омметр.	Биение не более 0,05 мм.
Ремонт корпуса статора и подшипниковых щитов.	Термостат Ш-0,05	Температура сушки 150 ºС в течение 0,5...1,0 часа
Ремонт ротора.	Термостат Ш-0,05;  стенд для проверки биения шейки вала.	Биение шеек вала не более 0,02 мм; биение свободного конца  вала не более 0,05 мм.
Заготовка пазовой изоляции.	Картонорубильный  станок КН-1; приспособление для формовки пазовых коробочек.	---
Изготовление выводных концов.	Ванна для пайки  и лужения; зачистная машина.	Припой ПОС-40 с  температурой плавления 235 ºС.
Намотка секций обмоток статора.	Намоточный станок.	---
Укладка обмоток статора и бандажировка.	Пресс гидравлический ПГ-1; стенд для проверки обмотки.	---
Пропитка и сушка статорных обмоток.	Вакуумпропиточная установка; печь сушильная камерная с регулируемым обменом воздуха.	1. Предварительная  сушка обмоток при температуре  80...100 "С в течение 2 часов;  2. Окончательная сушка при температуре 80...100 °С в течение 2 часов при разряжении 720..740 мм рт. ст.;  3. Пропитка при температуре 60...70 'С в течение 5...10 мин.  4. Поднять давление до 3...4 атм., выдержать 3...5 мин.
Балансировка фазного ротора.	Машина для динамической балансировки; вертикально-сверлильный станок.	---
Сборка электродвигателя.	Пресс ручной; стенд  для сборки.	---
Контрольные испытания электродвигателя и окраска электродвигателя	Пробойная установка; стенд для проверки параметров. Камера окрасочная; печь сушильная.	Проверка на пробой при напряжении 500 В + двукратное номинальное  напряжение. Толщина слоя 0,003 мм;  сушка при температуре 80 'С в течение  1,5 часа.

 

 

В процессе разборки электродвигателя следует контролировать целостность узлов разбираемого электромотора. Узлы двигателя, имеющие  крепление с натягом, разбирают  специальными приспособлениями для  съема вентилятора, подшипниковых  щитов и подшипников. Разбирая электродвигатель, производят обязательную дефектовку узлов ремонтируемого двигателя.

Используемое оборудование, приспособления и инструменты для  проведения работ по разборке ремонтируемого электродвигателя:

• отвертки А 150x0,5;
• комплекты торцовых ключей и рожковых ключей;
• подшипниковые съемники;
• приспособление для вывода ротора;
• приспособления для съема вентилятора и подшипниковых щитов;
• зубило слесарное;
• молоток;
• плоскогубцы;
• электропаяльник 90 Вт;
• щуп № 2.

 

Проведение подготовительных работ:

1. Ремонтируемый  электродвигатель протереть от  грязи и пыли, продуть обдувочной  камере сжатым воздухом.

2. Закрепить бирку  с ремонтным номером электродвигателя, подлежащего разборке на комплектовочном  боксе. В процессе разборки  в этот бокс складывать все  детали и крепеж электродвигателя.

Разборка электродвигателя:

1. Установка электродвигателя  на слесарный стол.

2. Открутить винты  крепления кожуха вентилятора,  и снять его. Снять приспособлением  для съема вентилятор с вала.

3. Снять выводные  концы электродвигателя.

4. Открутить винты  крепления  подшипниковых крышек, и снять их.

5. Открутить болты  крепления подшипниковых щитов  к статору.

6. Удалить задний  подшипниковый щит.

7. Используя приспособление  для вывода ротора, вывести передний  подшипниковый щит из статора,  не допуская задевания ротора  за обмотки статора.

8. Передний подшипниковый  щит снять с ротора и выпрессовать  подшипники.

После окончания  разборки ремонтируемого электродвигателя  ротор и статор обдувают, а детали, находящиеся в комплектовочном  боксе, отправляют в мойку.

 

 

 

Технологический процесс  ремонта электродвигателя бытовых машин: