Электрические неисправности электродвигателя
Электрические неисправности двигателя всегда связаны с обмоткой.
- Межвитковое замыкание
может возникнуть при ухудшении изоляции в пределах одной обмотки. Возможные причины: перегрев обмотки, некачественная изоляция, износ изоляции вследствие вибрации. Определить межвитковое замыкание бывает сложно. Основной метод диагностики – сравнение сопротивления и рабочего тока всех трех обмоток. Первые симптомы межвиткового замыкания – повышенный нагрев двигателя и падение момента на валу. При этом по одной из фаз ток больше, чем по двум другим. - Замыкание между обмотками
происходит из-за смещения обмоток, механической вибрации и ударов. При отсутствии должной электрической защиты может возникнуть короткое замыкание и пожар. - Замыкание обмотки на корпус
. При данной неисправности электродвигатель может продолжать работать, если неправильно выполнены заземление и защита от короткого замыкания. Однако в работе он будет смертельно опасен, так как его потенциал будет находиться под фазным напряжением. - Обрыв обмотки
. Эта неисправность равносильна пропаданию фазы. Если обрыв происходит в работе, то двигатель резко теряет мощность и начинает перегреваться. При правильно выполненной защите двигатель отключится, поскольку ток по другим фазам будет повышен.
Для устранения большинства из этих поломок требуется перемотка двигателя.
Чтобы быстро определить, почему электродвигатель вышел из строя и в каких узлах произошел сбой – рекомендуется ознакомиться с перечнем наиболее популярных неисправностей. Ниже приведены характерные поломки, причины возникновения и способы их правильного устранения.
Неисправность: Электродвигатель сильно гудит при запуске, не набирает оборотов, или не запускается совсем.
Причина: Обрыв цепи статора, обрыв цепи одной из фаз (наконечник, кабель, контактор), перегорела защитная вставка. Решение: Восстановить цепь питания, проверить и сменить предохранитель.
Причина: Обрыв обмотки статора. Решение: Перемотать статор.
Причина: Обрыв в цепи фазного ротора (кабель, реостат, щетки). Решение: Восстановить цепь ротора.
Причина: Нарушение контакта между стержнями и кольцами в короткозамкнутом роторе (дым и искры). Решение: Ремонт ротора.
Причина: Заклинивание вала ЭД или привода. Решение: Произвести очистку двигателя или его механизма от возможных загрязнений.
Причина: Низкий пусковой момент, который не позволяет ротору набрать обороты. Решение: Замена на аналогичный двигатель с большим пусковым моментом.
Причина: Соединение звездой вместо треугольника Решение: Проверить правильность схемы соединения, произвести переподключение.
Неисправность: Сильный нагрев в подшипниках скольжения.
Причина: Отсутствие или недостаточное количество смазки. Решение: Произвести смазку подшипников должным образом.
Причина: В масле имеются примеси и механические частицы. Решение: Произвести замену смазки.
Причина: Износ деталей полумуфт, дефект кольца, бой шейки вала и т.п. Решение: Ремонт механической части двигателя.
Неисправность: Сильный нагрев в подшипниках качения.
Причина: Отсутствие или недостаточное поступление смазки, избыток смазки. Решение: Произвести смазку подшипников должным образом, проследить за возможными утечками, убрать излишки смазки.
Причина: Дефекты подшипника, выраженные посторонним шумом. Решение: Замена подшипника.
Неисправность: Корпус электродвигателя сильно нагревается при работе.
Причина: Слабая работа принудительной системы охлаждения. Решение: Очистка каналов и технологических отверстий.
Причина: Забиты вентиляционные каналы для пропускания холодного воздуха. Решение: Продувка сжатым воздухом.
Причина: Повышенная нагрузка по току. Решение: Понизить нагрузку или заменить на ЭД большей мощности.
Неисправность: Искрение при работе ЭД и появление дыма.
Причина: Ротор соприкасается с поверхностью статора. Решение: Ремонт двигателя.
Причина: Некорректная работа в защитной или пускорегулирующей системе. Решение: Диагностика защитной или пускорегулирующей системы и устранение дефектов.
Неисправность: Повышенные вибрации при работе ЭД.
Причина: Износ соединительных муфт Решение: Отсоединить муфты и проверить ЭД без подключения к механизму.
Причина: Нарушена центровка двигателя и механизма. Решение: Проверить и затянуть крепежные детали, а также крепления к станине.
Причина: Износ подшипников, разбалансировка ротора, взаимное смещение положения ротора и статора. Решение: Ремонт ЭД.
Неисправность: Колебания потребления тока статора ЭД в процессе его работы.
Причина: Плохое соединение в цепи — для фазного ротора, для короткозамкнутого ротора — плохое соединение между стержнями и кольцами. Решение: Ремонт ЭД (при больших колебаниях – незамедлительно, при небольших скачках – чем раньше – тем лучше).
Неисправность: Искры из коллекторно-щеточного узла. Сильный нагрев и обгорание соответствующей арматуры.
Причина: Щетки плохо отшлифованы. Решение: Отшлифовать щетки.
Причина: Недостаточный зазор для свободного движения щеток в щеткодержателях. Решение: Выставить допустимый зазор в пределах 0.2-0.3 мм.
Причина: Загрязнение контактных колец или щеток. Решение: Произвести очистку, устранить источник распространения загрязнения.
Причина: На контактных кольцах имеются борозды и неровности. Решение: Проточить и произвести шлифовку колец.
Причина: Слабый прижим щеток. Решение: Отрегулировать усилие нажатия.
Причина: Отсутствует равномерное распределение тока между щетками. Решение: Отрегулировать усилие нажатие щеток и их свободный ход в щеткодержателях, проверить состояние контактной группы Траверс, оценить состояние токопроводов.
Неисправность: Активная сталь статора перегревается равномерно по всей поверхности.
Причина: Повышенное напряжение питания. Решение: Организовать дополнительное охлаждение электродвигателя и понизить напряжение электросети до штатного уровня.
Неисправность: Сильный нагрев активной стали статора в отдельном месте на холостом ходу при штатном напряжении в сети.
Причина: Местное КЗ между отдельными листами активной стали. Решение: Очистить и прошлифовать место соприкосновения листов, покрыть их диэлектрическим лаком.
Причина: Нарушена изоляция в местах стяжки активной стали. Решение: Восстановить изоляцию на данных участках.
Неисправность: ЭД с фазным ротором при загрузке не выходит на номинальные обороты.
Причина: Некачественное соединение в пайке контактного кольца ротора. Решение: Произвести контроль надежности пайки визуально и «проверкой с падением напряжения».
Причина: Слабый контакт обмотки ротора с контактным кольцом. Решение: Проверить и восстановить токопроводящие соединения.
Причина: Слабое соединение в щеточном узле и механизме КЗ ротора. Решение: Произвести шлифовку и регулировку усилия прижатия щеток.
Причина: Слабое соединение контактных проводов в пусковой аппаратуре. Решение: Восстановить целостность и надежность контактов на соответствующем участке.
Неисправность: Двигатель с фазным ротором запускается при незамкнутой цепи ротора, а под нагрузкой не может выйти на номинальный режим.
Причина: КЗ в обмотке якоря, соединительных хомутах лобовых соединений. Решение: Изолировать соприкасающиеся хомуты, Устранить КЗ и произвести замену поврежденной обмотки якоря.
Причина: КЗ обмотки ротора по двум участкам одновременно. Решение: Устранить КЗ и произвести замену обмотки неисправной катушки.
Неисправность: Двигатель с короткозамкнутым ротором не набирает штатное количество оборотов.
Причина: Отработало тепловое реле, вышли из строя предохранители или автомат. Решение: Проверка и устранение данных неисправностей.
Неисправность: При запуске электродвигателя электрическая дуга перекрывает контактные кольца.
Причина: В щеточном узле или на контактных кольцах присутствует пыль, грязь. Решение: Провести чистку.
Причина: Высокая влажность в месте эксплуатации ЭД. Решение: Нанести дополнительный слой диэлектрика или произвести замену ЭД на другой, пригодный для эксплуатации в текущих условиях.
Причина: Обрыв в контактных соединениях реостата или ротора. Решение: Провести диагностику всех соединений, устранить неисправности.
Механические неисправности электродвигателя
Механические неисправности электродвигателя связаны с его конструкцией.
- Износ и трение в подшипниках
. Проявляется в повышении механической вибрации и шума при работе. В этом случае требуется замена подшипников, иначе неисправность приведет к перегреву и падению производительности двигателя. - Проворачивание ротора на валу
. Ротор может вращаться в магнитном поле статора, а вал будет неподвижен. Требуется механическая фиксация ротора на валу. - Зацепление ротора за статор
. Эта проблема связана с механической поломкой подшипников, их посадочных мест или корпуса двигателя. Кроме того, подобная неисправность приводит к повреждению обмотки статора. Практически не подлежит ремонту. - Повреждение корпуса двигателя
. Может происходить из-за ударов, повышенных нагрузок, неправильного крепления или низкого качества двигателя. Ремонт является трудоемким из-за трудностей соосной установки переднего и заднего подшипников. - Проворачивание или повреждение крыльчатки обдува
. Несмотря на то, что двигатель продолжит работать, он будет перегреваться, что существенно сократит срок его службы. Крыльчатку необходимо закрепить (для этого используется шпонка или стопорное кольцо) или заменить.
Причины выхода из строя электродвигателей
Все неисправности можно условно разделить на две группы — выход из строя в результате неправильной транспортировки или хранения и поломки, появившиеся в период эксплуатации.
Неправильная транспортировка и хранение
Основной проблемой, появляющейся в этот период, является повышенная влажность, а тем более попадание электромашины под дождь. Это приводит к нарушению изоляции, а в более тяжёлых случаях к появлению внутри устройства и подшипников ржавчины.
Поэтому перед установкой такого аппарата необходимо провести его текущий ремонт и устранить обнаруженные проблемы:
- произвести внешний осмотр машины, изоляции на выводах и внутренних перемычках;
- проверить мегомметром состояние изоляции;
- проверить наличие смазки и состояние подшипников;
- в коллекторных двигателях постоянного и переменного тока, а также в асинхронных машинах с фазным ротором, определяется состояние коллектора или токосъёмных колец и щёток.
Все эти операции производятся на складе или в мастерской рядом с местом будущей установки. При невозможности устранения проблем электромашина отправляется на специализированное предприятие для проведения среднего ремонта.
Причины выхода из строя в период эксплуатации
В период эксплуатации основными причинами выхода из строя электромашины являются:
- Механический износ подшипников. Это происходит на протяжении всего срока службы, а так же вследствие повышенной вибрации и нерегулярной замены смазки. Для предотвращения таких ситуаций необходимо производить в полном объёме техническое обслуживание всех узлов и механизмов. Несвоевременное устранение неисправности ведёт к повышенной вибрации двигателя, перегреву подшипниковых щитов, износу посадочных мест подшипников и заклиниванию ротора.
- Разрушение корпуса, болтов и посадочных мест подшипников. Возникает из-за повышенной вибрации редуктора и плохой центровки электродвигателя. Необходимо немедленно устранить или заменить электропривод. Последствия аналогичны выходу из строя подшипников.
- Перегруз двигателя и работа трёхфазных устройств на две фазы. От этого защищают правильно настроенные тепловые реле. При отсутствии защиты аппарат перегреется свыше предельно допустимой температуры, что приведёт к выходу электромашины из строя.
Справка! В новых электродвигателях устанавливается датчик температуры, отключающий механизм при перегреве устройства. Его также можно дополнительно установить в двигатель старой модели.
Аварийные ситуации при работе электродвигателя
Существуют неисправности, не связанные непосредственно с двигателем, но влияющие на его работу, характеристики и срок службы. Большинство этих неисправностей вызваны механической перегрузкой, увеличением тока, и, как следствие, перегревом обмоток и корпуса.
- Увеличение нагрузки на валу вследствие заклинивания привода либо приводимых механизмов.
- Перекос напряжения питания, который может быть вызван проблемами питающей сети либо внутренними проблемами привода.
- Пропадание фазы, которое может произойти на любом участке питания двигателя – от питающей трансформаторной подстанции до обмотки двигателя.
- Проблема с обдувом (охлаждением). Может возникнуть из-за повреждения крыльчатки двигателя при собственном охлаждении, из-за останова вентилятора внешнего принудительного охлаждения или вследствие значительного повышения температуры окружающей среды.
Устройство электродвигателей
Вдаваться в подробности не имеет смысла, поэтому ограничимся кратким курсом. С конструктивной точки зрения, любой электродвигатель состоит из двух основных частей:
- Статор — представляет собой стационарную деталь, которая закреплена на корпусе механизма.
- Ротор – вращающая часть, за счет которой как раз производится работа устройств.
При этом ротор находится в полости статора и механически никак с ним не контактирует, но в то же время может соприкасаться через подшипники. При анализе на предмет выявления неисправностей электродвигателя вентилятора или любого другого устройства в первую очередь проверяется способность ротора вращаться. Для этого первым делом полностью снимается напряжение со схемы питания и только после этого можно вручную прокрутить ротор.
Для работы электрического силового агрегата необходимы два важных условия. Во-первых, на его обмотку (у многофазных электродвигателей их несколько) должно подаваться номинальное напряжение. Во-вторых, и электрическая, и магнитная схема должна быть полностью в исправном состоянии.
Способы защиты электродвигателя
Для защиты электродвигателя от внутренних и внешних неисправностей, а также для минимизации дальнейших трудозатрат по его ремонту применяют различные устройства.
Мотор-автоматы и тепловые реле
Мотор-автоматы (автоматы защиты двигателя) и тепловые реле используют для обнаружения превышения тока по одной или всем фазам двигателя. В случае превышения через некоторое время происходит отключение привода.
В отличие от мотор-автомата, у теплового реле нет силовой коммутации. Оно имеет только управляющий контакт, который размыкает питание силовой цепи. Мотор-автомат является самостоятельным коммутационным устройством, способным выключать двигатель.
Минус теплового реле заключается в отсутствии защиты от короткого замыкания. Мотор-автомат имеет защиту от перегрузки и электромагнитную защиту от короткого замыкания, которая мгновенно срабатывает и выключает двигатель при превышении тока уставки в 10-20 раз.
Данные устройства используются наиболее широко и при правильной установке и настройке способны с большой долей вероятности защитить электродвигатель и оборудование от поломки и других негативных последствий.
Электронные реле защиты двигателей
Данный вид защиты обеспечивает большой выбор различных защит. Основным элементом таких реле является микропроцессор, который анализирует мгновенные значения напряжения и тока и принимает решения на основе заданных настроек. Это может быть выдача сигнала на индикацию либо на отключение двигателя.
Термисторы и термореле
Когда по какой-то причине не сработала тепловая защита по перегрузке, последний рубеж обороны — термозащита. Внутрь обмотки устанавливается термочувствительный элемент (как правило, термистор или позистор), который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. При пересечении порога срабатывает соответствующая защита, и двигатель отключается.
Возможно применение более простых дискретных термореле (термоконтактов), которые размыкают контрольную или тепловую цепь, что приводит к аварийной остановке электродвигателя.
Преобразователи частоты
Обычно преобразователи частоты располагают несколькими видами защиты – по превышению момента и тока, по превышению напряжения, обрыву фазы и проч. Кроме того, возможно ограничение момента и тока. В этом случае на двигатель будет подаваться напряжение с меньшим уровнем и частотой, если будет обнаружена перегрузка. При этом будет выдано соответствующее сообщение оператору, а двигатель может продолжать работать.
Также производители частотных преобразователей рекомендуют устанавливать защитный автомат на входе ПЧ, тепловое реле на выходе и термисторную защиту.
Другие полезные материалы:
Выбор электродвигателя для компрессора Как определить параметры двигателя без шильдика? Выбор мотор-редуктора для буровой установки
Неравномерный перегрев статора
В случае неравномерного перегрева причин несколько. Это может быть пробой в обмотке статора, замыкание на корпус. Из-за этого зубцы не только выгорают, но и могут оплавиться.
Также этому может способствовать замыкание промеж некоторых пластин, вызванное заусенцами. К тому же нельзя исключать и прикосновение ротора к корпусу статора. В этом случае устранение неисправностей электродвигателя будет сведено к вырезанию неисправных элементов, удалению заусенцев. После этого необходимо изолировать листы друг от друга посредством слюды либо специального картона.
При наличии слишком большого количества повреждений делается перешихтовка активной стали статора с переизолировкой всех листов. Сама стационарная деталь перематывается.
Недостаточные обороты электродвигателя
Как правило, выявление механических неисправностей в подшипниках не дает ответа на вопрос, почему электродвигатель не набирает обороты. Причиной может быть неисправность в ведомой нагрузке. Но, если у свободного от нагрузки двигателя подшипники настолько загрязнены и износились, что вал не может раскрутиться, то такое явление будет наблюдаться очень недолго – из-за трения и большого тепловыделения сталь шарикоподшипников раскалится, и они будут буквально перемолоты, что в итоге приведет к заклиниванию ротора.
Часть валиков качения шарикоподшипника буквально «размазаны» по сепараторному кольцу
Поэтому причину недостаточных оборотов следует искать во внутренних или внешних электрических неполадках. Первым делом нужно убедиться в качестве электроэнергии, поступающей на клеммы двигателя – напряжение должно соответствовать номинальному значению.
Межфазное напряжение в пределах нормы
Также следует проверить контактные площадки контакторов пускателя – при больших токах они могут подгорать, что будет вызывать падение напряжения на них. В неисправных изношенных контакторах может происходить дребезг контактов, что приводит к прерыванию тока.
На экране осциллографа отображен дребезг контактов, приведший к прерыванию тока
Народный способ проверить работоспособность пускателя – подключить к нему другой исправный электродвигатель такого же типа, той же или немного меньшей мощности.
Основные неисправности во внутренней электрической системе, влияющие на обороты двигателя.
Исключив внешние электрические неисправности, необходимо проверить обмотки двигателя на пробой и обрыв. Мультиметр переключают в режим мегомметра и измеряют сопротивление изоляции обмоток, приложив щупы поочередно к каждому выводу и корпусом. Если на дисплее высвечивается ноль, то имеет место явный пробой – где-то изоляция перетерлась, и провод напрямую контактирует с корпусом.
Иллюстрация процесса измерения сопротивления обмоток электродвигателя
При данных измерениях дисплей может показывать сопротивление в пределах нескольких мегаом – в этом случае нужно смотреть документацию к двигателю, и свериться с графой сопротивления изоляции.
Таблица оценки качества сопротивления изоляции электродвигателей
Вполне возможно, что повышенная влажность, наличие в двигателе мелкой металлической стружки будет ухудшать диэлектрические свойства изолирующих материалов. Данные утечки тока, протекающие сквозь дефективную изоляцию, негативно влияют как на эффективность электродвигателя, так и электробезопасность его эксплуатации.
Обнаружение неисправностей в обмотках электродвигателей
Обрыв в одной из обмоток может стать причиной того, что двигатель не запустится вовсе и будет сильно гудеть, пока не сработает защита или не перегорят оставшиеся катушки. Для обнаружения обрыва в обмотках трехфазного асинхронного двигателя, необходимо отсоединить перемычки, формирующие подключение звездой или треугольником и проверить каждую обмотку в отдельности.
Иллюстрация процесса прозвонки обмоток электродвигателя
Такой способ будет надежнее всего и не даст возможности запутаться начинающему мастеру. Проверку осуществляют в режиме омметра. В зависимости от качества прибора и мощности двигателя, показания омметра буду близки к нулю, составляя несколько Ом.
Здесь важно, чтобы сопротивление обмоток было одинаково. Условие равенства сопротивления обмоток справедливо также для двигателей постоянного тока. В данных электродвигателях имеются две или несколько статорных обмоток и множество обмоток на роторе, подключенных к коллекторным контактным пластинам.
Прозвонка обмоток ротора коллекторного электродвигателя
Если в одной из обмоток сопротивление меньше, чем у других, то это указывает, что между некоторыми витками катушки произошло короткое замыкание, которое называют межвитковым.
Обнаружение межвиткового замыкания в обмотках двигателя
Именно такое межвитковое замыкание очень часто является причиной недостаточного набора оборотов двигателем. Точность у обычных мультиметров недостаточна для измерения десятых долей Ома. Поэтому используют дополнительное сопротивление реостата, формируя делитель напряжения вместе с испытуемой обмоткой, стабилизированный источник питания, вольтметр и амперметр. Измеряют падение напряжения на каждой обмотке – в случае их исправности, показания вольтметра будут одинаковыми. Меньшее напряжение будет указывать на наличие межвиткового замыкания даже без вычисления сопротивлений обмоток, которые можно произвести по формуле, приведенной на рисунке.
Вычисление сопротивления обмотки через падение напряжения
При условии равенства фаз, межвитковое замыкание в обмотках работающего асинхронного трехфазного двигателя можно обнаружить, измерив токи в каждой фазе. Увеличенный ток в одной фазе при подключении обмоток электродвигателя звездой, или больший ток в двух фазах при подключении обмоток треугольником будет указывать на межвитковое замыкание.
Иногда найти место межвиткового замыкания в асинхронном двигателе можно применив народный метод – вынимают ротор, и на обмотки подают пониженное трехфазное напряжение – не более 40 В (для обеспечения электробезопасности и чтобы катушки не перегорели).
В цилиндр горизонтально стоящего статора помещают металлический шарик, который начнет катиться по внутренней поверхности статора, следуя за вращающимся магнитным полем.
Обнаружение межвиткового замыкания при помощи стального шарика
Если шарик вдруг примагнитится к одному месту, то его местоположение будет указывать на межвитковое замыкание.
Основные неисправности коллекторных электродвигателей
У коллекторных электродвигателей постоянного и переменного тока часто встречается неисправность, связанная с износом контактных пластин и щеток коллектора. При сильном износе и загрязнении соприкасающихся поверхностей сопротивление коллекторных контактов будет увеличиваться, что приведет к снижению момента вращения и эффективности двигателя.
Очистка коллекторных пластин при помощи наждачной бумаги
В конечном итоге такой износ приводит к тому, что между щеткой и пластиной периодически пропадает контакт, и в процессе вращения наблюдается прерывистая работа электродвигателя.
Поврежденные коллекторные контактные пластины ротора
При запуске такой электродвигатель может не запустится вовсе. Если при подаче напряжения коллекторный двигатель постоянного или переменного тока иногда запускается после толчка его вала, то необходимо заменить щетки и почистить коллекторные пластины. Иногда наблюдается повышенное искрение у одной из щеток – это указывает на смещение щетки относительно перпендикулярной оси вала центральной линии, проходящей через центр. Центровка щеток поможет устранить данный дефект.
Правильно выставить коллекторные щетки
Ознакомиться с процессом проверки коллекторных двигателей можно, посмотрев приведенное ниже видео
Неисправности в магнитопроводе, ухудшающие характеристики электродвигателя
Если с механической и электрической частью двигателя переменного тока все в порядке, но ощущается, что он работает не на максимальной мощности и наблюдается повышенное тепловыделение, то возможно замыкание между пластинами магнитопровода.
Переменный ток в магнитопроводе вызывает вихревые токи, ухудшающие характеристики электродвигателя, поэтому статор и ротор набирают из шихтованных пластин специальной электротехнической стали. Данные пластины покрываются изоляцией в виде оксидного слоя, напыления или лака.
Если вследствие механических повреждений или появления ржавчины изоляция между шихтованными пластинами нарушается, происходит короткое замыкание между ними.
Наличие ржавчины на поверхности на магнитопроводе ротора
Обнаружить замыкание пластин магнитопровода при помощи домашних измерительных приборов практически невозможно, поэтому нужна полноценная диагностика неисправностей двигателя в специализированной мастерской.
Иногда замыкание магнитопровода можно обнаружить при тщательном осмотре поверхности, или заметив локальный повышенный нагрев магнитопровода. Но без полной разборки всего двигателя, включая магнитопровод, данную неисправность устранить невозможно.
В приведенных ниже таблицах собраны наиболее часто встречаемые неисправности и поломки электродвигателей, а также методы их устранения.
Таблица неисправностей двигателя, часть первая
Таблица неисправностей электродвигателя, часть вторая
