Неисправности крановых электродвигателей

Неисправности крановых электродвигателей

Неисправности в работе крановых электродвигателей происходят в результате длительной работы без ремонта, неудовлетворительного обслуживания или нарушения установленных режимов работы.

Неисправности в работе крановых электродвигателей могут проявляться в следующем: изменении характеристик электродвигателя, т. е. его частоты вращения и вращающего момента, неустойчивости этих характеристик, т. е. недопустимом колебании частоты вращения, недопустимо высоком общем и местном перегреве электродвигателя, недопустимых вибрациях, сильном шуме, недопустимо большом искрении под щетками электродвигателя постоянного тока или на кольцах асинхронного электродвигателя.

Кроме того, причины неисправностей разделяют на электрические, магнитные и механические. К электрическим причинам относятся: пробой изоляции обмоток, обрыв их, плохой контакт в местах соединения проводников, обгорание коллекторных пластин или контактных колец и др. К магнитным причинам относятся: ослабление прессовки листов стали, замыкание между ними и др.

Одной из наиболее распространенных неисправностей асинхронных электродвигателей является повреждение обмоток . Витковые замыкания в катушке, межфазные короткие замыкания в обмотке и замыкания обмотки на корпус являются, как правило, следствием износа изоляции: обрывы в обмотках — следствием распаек мест соединения или механической порчи обмотки малого сечения.

Наиболее уязвимыми местами обмотки являются места выхода ее из пазов, изгибы или перекрещивания в лобовых частях, соединительных проводах катушечных групп. Повреждения могут быть и в местах соединения выводов обмотки с сетевым кабелем.

Внешними признаками короткого замыкания в обмотке могут быть: ненормальное гудение электродвигателя, неодинаковая величина токов в цепях фаз, затрудненный пуск, перегрев катушек обмоток.

Витковые замыкания (короткое замыкание в одной фазе) в обмотке статора могут быть обнаружены по сильному перегреву катушки (или катушечной группы), по увеличенному значению тока в поврежденной обмотке при соединении обмоток звездой.

При соединении обмоток треугольником амперметр, включенный в цепь поврежденной фазы, показывает меньшее значение по сравнению с амперметрами, включенными в цепи двух других фаз. Определение дефектной фазы рекомендуется проводить при пониженном напряжении (0,25 — 0,3 от номинального).

Витковое замыкание в обмотке ротора может быть обнаружено аналогично (с помощью амперметров). В этом случае обмотка ротора перегревается, величина тока в фазах колеблется, обмотка статора нагревается больше обычного. При пуске и работе с резисторами в роторной цепи обмотка ротора дымит, появляется характерный запах горящей изоляции.

Если в электродвигателе с фазным ротором трудно определить место виткового замыкания (в обмотке статора или ротора), то применяют индукционный метод: обмотки статора подключают к сети и измеряют индуктированные напряжения между кольцами неподвижного ротора. Их неодинаковая величина между различными парами колец указывает па наличие виткового замыкания в обмотках электродвигателя.

Если при поворотах заторможенного ротора неравенство напряжений изменяется, то витковое замыкание произошло в обмотке статора, а если не изменяется, то, в обмотке ротора. При этом напряжение между кольцами двух фаз, одна из которых повреждена, будет меньшим, чем напряжение, соответствующее двум неповрежденным фазам.

Место виткового замыкания после разборки электродвигателя и разъединения параллельных цепей обмотки статора можно обнаружить, например, с помощью метода измерения сопротивления катушек двойным мостом или методом амперметра — вольтметра.

Замыкание обмотки статора на корпус и междуфазное короткое замыкание может быть обнаружено с помощью мегомметром. Место замыкания на корпус выявляется либо при осмотре обмотки, либо одним из специальных способов.

Если в месте замыкания незначительно повреждена только изоляция (но не проводник), то ее можно временно восстановить прокладками из соответствующих изоляционных материалов с пропиткой их лаком. Если же повреждены проводники обмотки или изоляция разрушена па значительном участке, то заменяют поврежденную катушку.

Обрывы в обмотках кранового электродвигателя могут быть обнаружены также с помощью мегомметра. Однако прежде чем приступить к отысканию обрывов или плохого контакта в обмотке необходимо убедиться в отсутствии этих дефектов вне обмотки (из-за недостаточного прилегания контактов пусковых аппаратов, неплотности контактов выводных концов и т. д.).

При обрыве мегомметр покажет бесконечно большое сопротивление. При соединении обмоток треугольником один из его углов («начало» одной обмотки и «конец» другой) при испытании рассоединяют. При соединении обмоток звездой фаза сети мегомметр подключается к выводу каждой фазной обмотки и к нулевой точке обмоток. После обнаружения неисправной фазной обмотки испытанию на обрыв подвергают все катушки ее, а затем после тщательного осмотра определяют место обрыва в поврежденной катушке.

Для того чтобы найти катушечную группу или катушку, имеющую обрыв, одним концом мегомметра касаются одного вывода фазы, а другим — поочередно всех соединительных проводов между катушечными группами и катушками, при миновании частей обмоток с обрывом, мегомметр дает большие показания в соответствии с сопротивлением изоляции испытуемой обмотки (при этом удобно пользоваться острыми щупами во избежание зачистки соединительных проводов).

Наиболее вероятные места обрывов в проволочных обмотках находятся в междукатушечных соединениях, а в стержневых обмотках, — в пайках (хомутиках). В короткозамкнутых обмотках роторов асинхронных электродвигателей обрывы или плохой контакт имеют место из-за плохой приварки или пайки в местах соединения стержней с замыкающими кольцами.

Обрывы в короткозамкнутых обмотках могут иметь место в пазовых частях в результате механических повреждений. В роторах асинхронных электродвигателей с литой алюминиевой обмоткой обрывы в пазовой части могут быть из-за дефектов при литье.

Для того чтобы убедиться в наличии обрыва или плохого контакта в короткозамкнутых обмотках роторов, проводят следующий опыт. Ротор затормаживают и на статорного обмотку подают напряжение, равное 20 — 25 % от номинального. Затем ротор медленно поворачивают и измеряют величину тока в обмотке статора (в одной или трех фазах). При исправной обмотке ротора величина тока в обмотке статора во всех положениях ротора будет одинаковой, а при обрыве или плохом контакте будет изменяться в зависимости от положения ротора.

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:

Причины неисправностей асинхронных двигателей и методы их устранения

Асинхронные электродвигатели больше остальных распространены на производстве и часто встречаются в быту. С их помощью приводят в движение различные станки: токарные, фрезерные, заточные, грузоподъемные механизмы, такие как лифт или подъемный кран, а также различного рода вентиляторы и вытяжки. Такая популярность обусловлена низкой стоимостью, простотой и надежностью этого типа привода. Но случается так, что и простая техника ломается. В этой статье мы рассмотрим типовые неисправности асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Содержание статьи

Виды неисправностей асинхронных двигателей

Неисправности можно разделить на три группы:

Не вращается или не нормально вращается вал;

При этом корпус двигателя может греться полностью или какое-то отдельное место на нем. И вал электродвигателя может не сдвигаться с места совсем, не развивать нормальные обороты, перегреваться его подшипники, издавать ненормальные для его работы звуки, вибрировать.

Но для начала освежите в памяти его конструкцию, а в этом вам поможет иллюстрация ниже.

Причины неисправностей также можно разделить на две группы:

Большинство неисправностей диагностируются с помощью токовых клещей – путем сравнения токов фаз и номинального тока, и другими измерительными приборами. Рассмотрим типовые неисправности.

Не запускается электродвигатель

При подаче напряжения двигатель не начал вращаться и ни издаёт никаких звуков и вал не «пытается» сдвинуться с места. В первую очередь проверяют приходит ли питание на двигатель. Сделать это можно либо вскрыв борно двигателя и измерив в местах подключения питающего кабеля, либо измерив напряжение на питающем рубильнике, контакторе, пускателе или автоматическом выключателе.

Однако если есть напряжение на клеммах двигателя – значит вся линия в норме.

Измерив напряжение в начале линии – на автомате вы узнаете только то, что напряжение подано, а оно может и не дойти до конечного потребителя в результате обрывов кабеля, плохого соединения по всей его длине или из-за неисправных контакторов или магнитных пускателей, а также слаботочных цепей.

Если вы убедились, что напряжение приходит на двигатель, дальнейшая его диагностика заключается в прозвонке обмоток на предмет обрыва. Проверять целостность обмотки нужно мегаомметром, так вы заодно и проверите пробой на корпус. Можно прозвонить обмотки и обычной прозвонкой, но такая проверка не считается точной.

Чтобы проверить обмотки, не позванивая их и не вскрывая борно двигателя можно воспользоваться токовыми клещами. Для этого измеряют ток в каждой из фаз.

Если обмотки двигателя соединены звездой и при этом оборваны две обмотки – тока не будет ни в одной из фаз. При обрыве в одной из обмоток вы обнаружите что ток есть в двух фазах, и он повышен. При подключении по схеме треугольника даже при перегорании двух обмоток в двух из трёх фазных проводов будет протекать ток.

При обрыве в одной из обмоток двигатель может не запускаться под нагрузкой, или запускать, но медленно вращаться и вибрировать. Ниже изображен прибор для измерения вибраций двигателя.

Если обмотки исправны, а ток при измерении повышен и при этом выбивает автомат или перегорает предохранитель – наверняка заклинен вал или исполнительный механизм приводимый им в движение. Если это возможно – после отключения питания вал пытаются провернуть от руки, при этом нужно отсоединить его от приводимого в движение механизма.

Когда вы определите, что не вращается именно вал двигателя – проверяют подшипники. В электродвигателях устанавливают либо подшипники скольжения, либо подшипники качения. Изношенные втулки (подшипники скольжения) проверяют на наличие смазки, если втулки не имеют внешних изъянов – возможно просто их смазать, предварительно очистив от пыли, стружки и других загрязнений. Но так случается редко, да и такой способ ремонта актуален скорее для маломощных двигателей бытовой техники. В мощных двигателях подшипники чаще просто заменяют.

Проблемы с пониженными оборотами, нагревом, неподвижностью вала и повышенным износом подшипника могут быть связаны с неравномерной нагрузкой на вал, его перекосом, деформации и пригибанию. Если первых два случая исправимы правильной установкой вала или исполнительного механизма, а также снижением нагрузки, то деформация и провисание средней части вала требует его замены или сложного ремонта. Это особо часто возникает в мощных электродвигателях с длинным валом.

При износе одного из подшипников часто вал «закусывает». При этом в результате расширения металла из-за нагрева при трении вал может сначала начинать вращение, но либо не набрать полную скоростью, а в особо запущенном случае и вовсе остановится.

Подшипники качения также требуют регулярной набивки смазки и изнашиваются в процессе работы, особенно быстро если смазки мало или она загрязнена.

Двигатель греется

Первой причиной нагрева двигателя являются проблемы с системой охлаждения. При такой неисправности корпус электродвигателя нагревается полностью. В большинстве двигателей используется воздушное охлаждение. Для этого корпуса выполняются с оребрением, а с одной из сторон на валу устанавливают вентилятор охлаждения, воздушный поток которого направляется с помощью кожуха вдоль ребер.

При повреждении вентилятора, или если он, например, слетит с вала – возникает проблема перегрева. В мощных двигателях используют жидкостную систему охлаждения. Кроме того, бывают двигатели и без вентиляторов – охлаждаемый за счет естественной конвекции.

Если вентилятор в норме нужно продолжать диагностику.

При нагреве двигателя следует проверять, нагрев подшипников. Для этого рукой ощупывают поверхность корпуса со стороны задней крышки (где нет выступающих вращающихся валов – техника безопасности превыше всего).

Если крышки подшипников горячее чем другие части поверхности корпуса – нужно проверить наличие и состояние смазки в них, а при использовании вкладышей – заменить их.

В случае, когда замена смазки в шариковом подшипнике не исправила ситуации также следует заменить их.

Локальный нагрев корпуса – ситуация при которой какой-то его участок явно горячее всех остальных, наблюдается при межвитковых замыканиях. В таких случаях диагностику проводят с помощью токовых клещей – сравнивают токи в фазах. Если в одной из фаз ток явно превышает токи в остальных фазах – тогда неисправность обмоток электродвигателя подтверждается. В этом случае ремонт заключается в частичной или полной перемотке статора.

Повышенный нагрев асинхронного электродвигателя может возникать и при замыкании пластин статора.

Двигатель вибрирует, шумит и издает ненормальные звуки

Шум двигателя также может быть связан также с износом подшипников. Вы наверняка замечали, как воют старые дрели и кухонные электроприборы – причина именно в этом. Вибрации вала возникают при его осевом сдвиге и деформации о которой мы говорили ранее.

Также возможны вибрации, шум или перегрев активной стали если ротор при вращении касается статора. Это происходит либо при пригибании ротора, либо при повреждении пластин статора. В последнем случае его разбирают и пластины перепрессовуют. Место касания пластин можно найти по неровностям или оно будет отполировано ротором.

Заключение

Мы рассмотрели ряд неисправностей электродвигателя, как их устранить и причины возникновения. Эксплуатация перегревающегося двигателя чревата преждевременным выходом из строя изоляции обмоток. После длительного простоя нельзя запускать двигатель не измерив сопротивление между обмотками и корпусом с помощью мегаомметра.

Нормальным считается сопротивление изоляции порядка 1 МОма на 1 кВ питающего напряжения. То есть пригодным для эксплуатации в сети с напряжением 380 В можно считать двигатель у которого сопротивление изоляции обмоток не меньше чем 0,5 МОм. В противном случае вы рискуете повредить его. Если сопротивление изоляции меньше двигатель просушивают, часто снимая с него кожух или заднюю крышку. В процессе эксплуатации сопротивление обмотки постепенно увеличивается – из-за испарения влаги при нагреве.

При соблюдении режима работы, правил эксплуатации и обслуживания, а также нормального электропитания асинхронный двигатель служит долго, часто в разы перерабатывая свой ресурс. При этом основной ремонт заключается в смазке и замене подшипников.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Асинхронный электродвигатель – очень распространенная электрическая машина. Он прост в изготовлении и обслуживании, а из-за простоты конструкции – очень надежен. Но есть у него один недостаток – угловая скорость вращения вала неизменна и зависит от количества полюсов обмотки статора. А как быть, если в процессе работы требуется изменять частоту вращения?

Необходимость регулировки оборотов в основном требуется для электродвигателей, устанавливаемых на кранах. Выполняют они там следующие основные функции:

• перемещение крана (моста крана) по рельсам;
• перемещение тележки крана (в перпендикулярной рельсам плоскости);
• подъем груза.

Для перемещения моста крана могут использоваться два двигателя (на обоих концах моста). Для подъема груза могут использоваться два гака разной грузоподъемности, поднимаемые разными электродвигателями. Один гак может иметь два диапазона скоростей подъема, и тоже использовать для этого два электродвигателя.

Мостовой кран

Есть и другие механизмы, скоростью вращения которых нужно управлять: конвейеры, вентиляторы.

Еще одна причина изменять скорость вращения электродвигателя – необходимость его плавного разгона. В момент включения он потребляет ток, в несколько раз превышающий номинальный. Называется он пусковым током. Если при этом еще и нагрузка мотора тяжелая и тоже разгоняется с трудом, то время пуска двигателя увеличивается, а пусковые токи нагревают обмотку статора и могут ее вывести из строя. Да и вал электромотора, его подшипники испытывают механические нагрузки, сокращающие их ресурс.

Электродвигатели постоянного тока способны изменять скорость вращения вала. Для этого в цепи их обмоток включаются реостаты. Этот метод решения проблемы используется на электрифицированном транспорте: в трамваях, троллейбусах, электричках, метро. Но вся инфраструктура энергоснабжения этих потребителей организована особым образом, ведь у постоянного тока свои особенности. Использовать же постоянный ток на предприятиях, большинство потребителей которых работает от сети трехфазного переменного тока, не выгодно. Да и у самих электродвигателей постоянного тока недостатков хватает: сложный щеточный аппарат, уход за коллектором. Реостаты греются, а дистанционное управление несколькими реостатами сразу – сложно.

Поэтому в подобных механизмах используются асинхронные электродвигатели с фазным ротором.

1. Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором
2. Плавный запуск двигателя с фазным ротором
3. Регулировка скорости крановых электродвигателей

Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Статор этого электродвигателя ничем не отличается от обычного. А вот в его ротор добавлены обмотки трех фаз, соединенные в звезду, концы которых выведены на контактные кольца. По кольцам скользят щетки, с помощью которых обмотки подключаются к электрической цепи.

Фазный ротор

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает так:

• ток в обмотках статора создает вращающийся магнитный поток внутри него;
• изменяющийся во времени магнитный поток, пересекая витки обмотки ротора, наводит в них ЭДС;
• поскольку обмотка ротора замкнута, за счет наведенной ЭДС в ней возникает ток;
• проводники обмотки ротора с током взаимодействуют с вращающимся полем статора, создается вращающий момент.

Особенность асинхронного двигателя с фазным ротором: ток в роторе можно изменять, подключая последовательно с его обмотками резисторы. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше ток в роторе. С уменьшением тока уменьшается и сила взаимодействия с вращающимся полем статора. Скорость вращения падает.

Наличие резисторов в цепи ротора увеличивает объем пускорегулирующей аппаратуры двигателя. Мощность, которая рассеивается на них, возрастает с мощностью электродвигателя. Но и для небольших моторов она существенна, что приводит к громоздким конструкциям магазинов сопротивлений и необходимости обеспечивать им постоянное охлаждение. Резисторы изготавливаются из материалов, имеющих высокое удельное сопротивление. Проводники их наматываются на каркасы или монтируются на изоляторы из фарфора. Конструкция помещается в кожух с жалюзийными отверстиями для охлаждения или закрываются сеткой.

Магазин резисторов для кранового электродвигателя с фазным ротором

Не всегда возможно разместить резисторы в помещениях. На кранах они находятся непосредственно на мосту, что приводит к массовому скоплению внутри них пыли и необходимости часто проводить техническое обслуживание.

Плавная регулировка скорости электродвигателя с фазным ротором не производится. Изменение сопротивления в цепи ротора производится фиксированными ступенями. Для этого резисторы разделяются на секции, соединенные последовательно, в цепях которых устанавливаются контакторы управления. При необходимости увеличить скорость вращения контакторы шунтируют часть резисторов, уменьшая их суммарное сопротивление. Для достижения максимальной скорости вращения шунтируются все резисторы, для минимальной – не шунтируется ничего.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

А теперь рассмотрим несколько примеров построения схем управления асинхронным двигателем с фазным ротором.

Плавный запуск двигателя с фазным ротором

Система плавного разгона электродвигателя с фазным ротором работает автоматически. Оператор нажимает кнопку «Пуск», дальше автоматика все делает сама.

Главный контактор подключает к трехфазному напряжению обмотку статора. Двигатель начинает вращение с минимально возможной скоростью, так как в цепь его ротора включены резисторы с максимально возможным сопротивлением.

Через фиксированную задержку, формируемую реле времени, включается первый контактор, шунтирующий первую секцию сопротивлений в цепи ротора. Скорость вращения немного возрастает. Проходит еще время, второе реле времени запускает следующий контактор. Шунтируется следующая секция сопротивлений, ток в цепи ротора возрастает, скорость вращения – увеличивается. И так далее, до полного исключения всех сопротивлений из цепи ротора. При этом электродвигатель выходит на номинальные обороты.

Схема плавного пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Число ступеней разгона выбирается из условий тяжести запуска. Разгон получается не таким уж плавным, ток в статоре возрастает ступенями. При старте и переходе на каждую последующую ступень, электродвигатель все равно потребляет пусковой ток, хоть и меньшего значения.

Этого недостатка лишены электродвигатели, для разгона которых используются жидкостные пускатели (или стартеры). В них в качестве резистора используется жидкость с высоким удельным сопротивлением. Это – дистиллированная вода с растворенной в ней специальной солью. Уменьшение сопротивления достигается за счет уменьшения расстояния между электродами, помещенными в эту жидкость. Электроды приводятся в движение небольшим электродвигателем через червячную передачу. За счет этого уменьшение сопротивления в цепи ротора и разгон электродвигателя происходят плавно.

Регулировка скорости крановых электродвигателей

Если при плавном запуске электродвигателя с фазным ротором управление переключением сопротивлений происходит автоматически, то на кране этим управляет оператор – крановщик. Для этого в его кабине размещаются органы управления – контроллеры (на старых кранах) или джойстики (на современных). Они имеют два направления движения: «вперед-назад», «влево-вправо» или «вверх-вниз», в зависимости от назначения контроллера (управление мостом, тележкой или подъемом груза соответственно). В каждом из направлений рукоятка управления проходит ряд фиксированных положений. Чем дальше положение от рукоятки от средней точки, в которой привод выключен, тем больше скорость вращения электромотора. И тем быстрее происходит перемещение механизма или подъем (опускание) груза.

Типовая схема управления электродвигателем крана

При изменении направления перемещения рукоятки управления изменяется направление вращения электродвигателя. Это происходит за счет переключения чередования фаз питания обмотки статора. Для этого две фазы меняются местами. Происходит это путем подачи напряжения на обмотку реверсивными контакторами, состоящих из двух элементов: контактора «Вперед» и контактора «Назад».

При переключении скоростей другими контакторами из цепи обмотки ротора удаляется часть резисторов. Первое положение рукоятки управления всегда включает электродвигатель с полным набором сопротивлений в цепи ротора. Крайнее положение рукоятки шунтирует все сопротивления.

Неисправности асинхронных электродвигателей и способы их устранения

Щетки искрят, некоторые щетки и их арматура сильно нагреваются и обгорают

Щетки плохо пришлифованы

Щетки не могут свободно двигаться в обойме щеткодержателя — мал зазор

Установить нормальный зазор между щеткой и обоймой 0,2—0,3 мм

Загрязнены или замаслены контактные кольца и щетки

Очистить бензином кольца и щетки и устранить причины загрязнения

Контактные кольца имеют неровную поверхность

Обточить или отшлифовать контактные кольца

Слабо прижаты щетки к контактным кольцам

Отрегулировать нажатие щеток

Неравномерное распределение тока между щетками

Отрегулировать нажатие щеток, проверить исправность контактов траверс, токопроводов, щеткодержателей

Равномерный перегрев активной стали статора

Напряжение сети выше номинального

Снизить напряжение до номинального; усилить вентиляцию

Повышенный местный нагрев активной стали при холстом ходе и номинальном напряжении

Между отдельными листами активной стали имеются местные замыкания

Удалить заусеницы, устранить замыкание и обработать листы изоляционным лаком

Нарушено соединение между стяжными болтами и активной сталью

Восстановить изоляцию стяжных болтов

Двигатель с фазным ротором не развивает номинальной частоты вращения с загрузкой

Плохой контакт в пайках ротора

Проверить все пайки ротора. В случае отсутствия неисправностей при наружном осмотре проверку паек проводят методом падения напряжения

Обмотка ротора имеет плохой контакт с контактными кольцами

Проверить контакты токопроводов в местах соединения их с обмоткой и контактными кольцами

Плохой контакт в щеточном аппарате. Ослабли контакты механизма для короткого замыкания ротора

Прошлифовать и отрегулировать нажатие щеток

Плохой контакт в соединениях между пусковым реостатом и контактными кольцами

Проверить исправность контактов в местах присоединения соединительных проводов к выводам ротора и пускового реостата

Двигатель с фазным ротором идет в ход без нагрузки — при разомкнутой цепи ротора, а при пуске в ход с нагрузкой не развивает оборотов

Короткое замыкание между соседними хомутиками лобовых соединений или в обмотке ротора

Устранить касание соседних хомутиков

Обмотка ротора в двух местах заземлена

После определения короткозамкнутой части обмотки поврежденные катушки заменить новыми

Двигатель с коротко- замкнутым ротором не идет в ход

Перегорели предохранители, неисправен автоматический выключатель, сработало тепловое реле

При пуске двигателя происходит перекрытие контактных колец электрической дугой

Контактные кольца и щеточный аппарат загрязнены

Повышенная влажность
воздуха

Провести дополнительную изоляцию или заменить двигатель другим, соответствующим условиям окружающей среда

Обрыв в соединениях ротора и в самом реостате