Неисправности роторов асинхронных двигателей и способы решения проблемы

Асинхронными называются машины, в которых возбуждаются вращающиеся магнитные поля, а роторы вращаются со скоростью, отличающейся от той, что присуща магнитному полю. В большей части промышленных механизмов применяют асинхронные моторы.

Устройство асинхронных моторов

У АД есть 2 основные части: неподвижная - статор и вращающаяся - ротор. Последний представляет из себя цилиндр, который собран из листовой электротехнической стали, которые укреплены на валах. По всей поверхности выточены несколько пазов, в которых уложены или залиты обмотки. У нее нет электросвязи с питающей сетью. Обмотка может быть фазной и короткозамкнутой. Если различать асинхронные моторы по типу обмотки, то они бывают с фазным и короткозамкнутым ротором. В последнем обмотка представляет собой стержни, заложенные в пазы и соединенные с торца кольцами. Такую обмотку называют беличьем колесом или беличьей клеткой. Движки с короткозамкнутыми роторами простые, недорогие, отличаются надежностью и удобством. Поэтому они широко распространились и используются повсеместно.

Особенности конструкции

Асинхронное оборудование имеет в составе статоры и роторы, разделенные воздушным зазором. В качестве активной части выступает магнитопровод и обмотка, чертеж все показывает. А все остальное - это конструктивные части, которые обеспечивают жесткость, прочность и охлаждение, способствуют вращательным движениям.

1. Роторы состоят из сердечников с короткозамкнутой обмоткой и валами. А у сердечника также шихтованная конструкция. Но роторные листы не покрывают лаком - у тока небольшая частота и оксидной пленки будет вполне довольно, чтобы ограничить вихревые токи.
2. Статоры состоят из сердечника с обмоткой и корпуса. Сердечники статоров собираются из стали, а ее уже покрывают лаком. Благодаря шихтованной конструкции сердечника в значительной мере снижаются вихревые токи, возникающие в период перемагничивания сердечников.

Обмотка статора является трехфазной обмоткой, а проводники равномерным образом распределяются по кругу статора и по фазам укладываются в паз. Угловому расстоянию составляет величина 120 градусов. Случается и совмещенная обмотка - она позволяет повысить КПД мотора. Магнитопровод статора размагничивается в период смены энергии в обмотке статорного оборудования, по этой причине их набирают из пластинок, в основе изготовления которых лежит электротехническая сталь, чтобы обеспечить минимальные показатели по магнитным потерям. Шихтовка является главным способом, по которому собирают магнитопроводы в пакеты. По принципу работы 3-х фазных электромоторов основывается на способности 3-х фазной обмотки во время запитки в сеть с трехфазным током для создания вращающихся магнитных полей. Именно они лежат в основе концепции электромоторов и генераторов.

Двигатели с фазными роторами

Подобно обмотке статоров, они имеют три катушки. Начало их соединяется в звезду на роторе, а концы подводят к кольцам контактов, которые закреплены на валах. На кольцах наложены графитовые щетки - их закрепляют в неподвижном щеткодержателе. Нажимая щетки на кольца, происходит скользящим образом токосъем. Получается, что вращающиеся обмотки соединяются с неподвижными реостатами, находящимися вне мотора. Движки с двумя роторами фазного плана являются более сложными конструкциями, нежели с короткозамкнутой конструкцией. Используют их тогда, когда нужно выполнить плавный запуск механизма и обеспечить больший пусковой момент. Преимущества асинхронных моторов, у которых короткозамкнутый ротор:

• низкая стоимость;
• простое изготовление;
• малые расходы на эксплуатацию;
• высокая надежность;
• можно подключаться к сетям, не прибегая к помощи преобразователей.

К вышеперечисленным достоинствам можно добавить тот факт отсутствия в цепи з роторов механических коммутаторов. Это приводит к тому, что большая часть электромоторов, которые используются в промышленных отраслях являются асинхронные агрегаты, у которых короткозамкнутый ротор.

Движки асинхронного типа, у которых ротор короткозамкнутый

Частенько, как уже упоминалось выше, намотка роторов короткозамкнутая называется беличье клеткой, потому что у них схожая внешняя конструкция. Стержни вставлены в пазы сердечников. И стержни беличьих колес тоже отливается с торцевыми лопастями, которые и отвечают за вентиляцию машины. Очень часто роторные пазы делают скошенные, чтобы уменьшить высшие гармонические показатели, которые вызваны пульсацией магнитных потоков, потому что есть зубцы. А их магнитное сопротивление на намотке значительно меньше шума, который вызван по магнитной причине. Чтобы улучшить пусковой показатель электромотора, имеющего короткозамкнутый ротор, повысить пусковой момент и снизить пусковой ток, раньше применяли двойной вид беличьей клетки, но со стержнем с различной удельной проводимостью. Затем использовали детали с необычной формой паза (глубокопазный ротор). В это время внешний паз имеет меньше сечение, нежели внутри. Благодаря этому применяют эффект вытесняющего тока. Поэтому повышается активным образом сопротивление на обмотке при крупных скольжениях.

Какие случаются поломки с асинхронными электромоторами

Несмотря на то, что асинхронные электромоторы и простые механизмы, но если их неверно эксплуатировать, когда вокруг сложные погодные условия и есть отклонения в параметрах питающих сетей от номинальных, то они выходят из строя. Вообще все поломки электро движков с фазными и короткозамкнутыми деталями делятся на 2 группы: электрического и механического плана.

Механического характера поломки

В эту область относят дефекты в корпусах моторов, крыльчатке вентиляторов. Также может деформироваться вал, износиться подшипники, ослабеть крепления обмоток статоров. К самому частому механическому повреждению относятся проблемы, связанные с подшипниками. Когда они изнашиваются, то при работе мотора повышается шум и возникают вибрации, затем движок перегревается.

Поломки электрического плана

В эту область относятся замыкания межвитковые. Также когда обрывается намотка, пробивается изоляция на корпусе, снижается сопротивление изоляционные, нарушаются соединения на контактах, изоляция магнитопровода, изнашиваются щетки или повреждаются контактные кольца. Чтобы выяснить состояние намотки статора, придется воспользоваться мультиметром. Также он поможет выявить напряжение питающих сетей и все ли три фазы имеются. А вот выявить сопротивление изоляции намотки им не выйдет. Придется воспользоваться мегаомметром. Именно он будет измерять сопротивление, когда его прикладывают к тестируемым объектам с повышенным напряжением. Если сопротивление будет менее положенных 0,5 Мом, то мотор сушат. Но перед этим извлекают из чего ротор четырехполюсного асинхронного двигателя и вставляют на его место мощную лампу накала. Когда просушка завершена, снова делают замеры и расчет сопротивления. В некоторых случаях помогает. Самые распространенные поломки, связанные с асинхронными электромоторами:

• несоосные валы;
• работа мотора на 2 фазах;
• межвитковые замыкания;
• дисбаланс в деталях электромоторов;
• обрываются или ослабляются крепления стержней беличьих клеток;
• перегружается или перегревается статор;
• повреждены подшипники;
• неравномерные воздушные зазоры между статорами и роторами.

В некоторых случаях поможет замена подшипника кз или устранение перегрузки движка. Также помогает доливка масла или чистка, сушка, проверка напряжения на запитывающих проводах, назначение и устранение замыкания. Но перед всеми манипуляциями желательно снимать защитные кожухи. В крайнем случае придется полностью менять весь движок.

Асинхронный движок с полым перфорированным ротором

На сегодняшний день двигатели, у которых полые агрегаты, распространены очень обширно в системах с траекторным управлением, а также в следящих системах передающих углы. Иногда их можно встретить в указателях скоростей поворотов, инерционной навигационной системе.  В самых распространенных конструкциях движка подобного образца встречаются статоры, у которых намотка управления и возбуждения, шихтованные магнитопроводы и сплошные полые детали. Но в этом техническом решении есть один минус - они негативным образом влияют на энергетические характеристики агрегатов. Это связано с вихревыми токами, которые замыкаются даже в активных областях агрегатов, а не только лишь в выступающих лобовых частях. Существует индукционный мотор с 2 пакетами (отличной конструкции), у которых содержится намотка и полые агрегаты. Они имеют окна на цилиндрической части, расположенные около активного длинного статора, образующего зубцовую зону. Несмотря на все это зубцовая зона статоров располагается сдвигаясь на ¼ чать от зубцовых делений. У данной конструкции электромашины есть недостатки - низкие показатели коэффициента полезного действия. Присутствие пазов, расположенных вдоль активной длины, будет определять высокие значения активных составляющих сопротивлений полых валов. Полученный эффект является доминирующим, если сравнивать его над меньшим сопротивлением поперечных краевых эффектов в материале.

Что относится к концепции вращающихся магнитных полей

Для осознания вращающихся магнитных полей, желательно разобраться с упрощенными трехфазными намотками с 3 витками. Ток, текущий по проводникам, создает магнитные поля вокруг них. Каждая из составляющих переменного тока будет меняться с течением времени. В итоге изменится создаваемой магнитное поле. Также результирующие магнитные поля 3-х фазных обмоток будут принимать разные виды ориентации. Амплитуда при этом одинаковая.

Как действует магнитное вращающееся поле на замкнутые витки

Когда замкнутый проводник размещается внутри магнитного поля, которое вращается, то согласно закону про электромагнитную индукцию, магнитные поля, которые будут меняться, приведут к возникновению электродвижущей силы в проводнике. А затем ЭДС вызовет возникновение тока в проводнике. Выходит, что в магнитных полях находится замкнутый проводник с током. Если верить закону Ампера, то начнет свое действие сила, в итоге контур будет переведен во вращательный режим. 

Что касается короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей

Такие движки тоже способны работать по этому принципу. Вместо рамочек с током внутри асинхронного электродвигателя имеется деталь короткозамкнутого плана - их конструктивные особенности напоминают беличьи колеса. Поэтому короткозамкнутые роторы состоят из стержня, который замкнут с торца кольцом. Трехфазный переменный ток, при прохождении по намотке статора, создает магнитное поле с вращением. Выходит, что в стержне индуцируется ток, в итоге агрегат приходит во вращение.  Как подключают асинхронные двигатели:

1. Электрическая сеть трехфазного переменного тока распространилась более повсеместно среди всех электрических систем, по которым подается энергия. Главный плюс 3-х фазной системы, если сравнивать ее с однофазной - это экономичные показатели. В ней энергия будет подаваться по 3 проводам, а ток, текущий в разных проводах, сдвинут касательно друг друга по фазе 120 градусов. И не стоит забывать, что синусоидальный ЭДС на разной фазе обладает одинаковой амплитудой и частотой. 
2. Фазные напряжения - речь идет о разнице потенциалов между концом и началом одной из фаз. Фазным напряжением является разница между линейными проводами и нейтральными.
3. Треугольники со звездами - 3-х фазная обмотка статоров электромотора соединена согласно схемы треугольник или звезда. Все зависит от напряжения питания сетей. Концы 3-х фазных обмоток могут быть соединенными внутри электромоторов или выводятся наружу, также выводятся в распределительные коробки. 

Стоит отметить, что независимо от того, что мощности, которые используются для того, чтобы соединить треугольники со звездами, их нужно вычислять по одной из формул подключения одного и того же электромотора, но разными способами. Когда их соединяют в одной электросети, то это приводит к потреблению разных мощностей. Если неправильно подключить электродвижок, то намотки статора могут оплавиться.

Особенности прямого подключения к сети питания

Когда используют магнитные пускатели, то это позволит управлять асинхронными электромоторами посредством непосредственного подключения мотора к сетям переменного тока. При помощи магнитных пускателей реализуют следующие схемы:

• реверсивный пуск;
• нереверсивный пуск.

При применении тепловых реле получится осуществить защиту электродвижка от тока, который намного превышает номинальное значение. К недостаткам прямых коммутаций обмоток асинхронных моторов с сетью можно причислить большие пусковые токи во время пуска электромотора.

Правила ремонта ротора, у которого короткозамкнутая обмотка

У этих деталей чаще всего повреждается беличья клетка, в результате ослабевают в пазах стержни и нарушается контакт в том месте, где стержни паяются с короткозамкнутым кольцом. В итоге образуется трещина и обрывается стержень. Из-за ослабления креплений стержней в пазах увеличивается его вибрация. В итоге получится деформация, а в конце трещина (как раз в тех местах, где выходит стержень из пазов и соединяются короткозамкнутые кольца). Именно они приводят к надломам стержней, а те концы, которые надрываются, повреждают лобовую часть и ее изоляцию. Все это характерно для электромоторов, у которых большие пуски. Если выявить дефекты вовремя, то можно спасти движок. Но для этого его придется разобрать. Если мотор рабочий, то о наличии оборванных стержней может указывать некоторые признаки. Например, повышается вибрация, потому что ослабляются крепления или ломаются распорные клинья в стержнях намотки.

Что делать, если увеличилось время пуска

Существуют агрегаты, у которых тяжелый пуск мотора и не развивается номинальная частота. При обрыве нескольких стержней, он даже не тронется с места. Асимметрия магнитных потоков вызывает сильную вибрацию и появляются дополнительные силы, чтобы электромотор работал нормально.  Когда обрываются пара стержней, то все вышеперечисленные признаки проявляются не так сильно и поэтому очень трудно обнаружить возможный дефект, возникший в беличьей клетке. Приходится осматривать агрегат визуально. И не забыть про осмотр короткозамкнутой намотки:

• какие цвета подгаров на кольцах короткозамкнутых в тех местах, где они соединяются со стержнем;
• волнообразные изгибы сегментов, которые могут появиться из-за неравномерно удлиненных стержней;
• подгоревшие болты, соединяющие некоторые из сегментов пусковой клетки;
• в какую сторону изогнуты концы стержня по направлению вращающегося агрегата - они возникают при скручивании кольцами.

Каждый из вышеперечисленных дефектов может появиться в оборудовании, у которого большие окружные скорости и массивное короткозамыкающее кольцо. Можно встретить прогибы, которые выступают из конца стержня активной стали. Эти дефекты присутствуют во многих стержнях беличьих клеток. Бывает и в синхронных и в асинхронных моторах. К прочим неисправностям причисляют смещающуюся беличью клетку вдоль оси. Если не произошло обрыва короткозамкнутой клетки при работе, то эти повреждения себя никак не проявят и выявить их получится лишь после внимательного осмотра короткозамкнутых обмоток при профилактическом ремонте. Очень тщательно следует искать трещины на конце стержня, который выступает. Лучше взять в помощь химический, электромагнитный или оптический способ.

Как удалить поврежденных стержни из паза

Тут все зависит от конструкции стержня. Если речь идет о стержнях бутылочного профиля, которые плотненько сидят в пазах из-за имеющейся расчеканки полностью по всей длине агрегата, тогда их нужно удалить путем высверливания, используя сверла с удлиненными хвостовиками или предварительно прорезав в стержнях продольную щель шириной два-три миллиметра. Данная операция выполняется вулканитовыми камнями, которые предназначены изначально, чтобы резать трубы.  Приспособления устанавливают на каретках, перемещаемых по направляющим, изготовленным из уголков и прикрепленным скобой к обоймам валов. Из-за этой прорезанной щели ослабится крепление стержня в пазах и он может выбиться где-то на 5-8 см. Нужно захватить его при помощи зажима - именно он поможет полностью извлечь стержень из его паза. Частично отремонтировать короткозамкнутую намотку можно не только непосредственно в самой мастерской, но и на том месте, где будет устанавливаться электромотор. Но только в том случае, когда для этого не придется прибегать к станочной обработке стержней и коротко замыкающих колец.

Как паяют медные стержни

Если были обнаружены трещины на тех частях стержня, которые выступают из активных частей стали, то придется принять меры по их устранению. Когда трещина неглубокая и не более ¼ части самого стержня, то ее можно заварить, но перед этим вырубить в месте углубления зазор, который больше размера трещины. Когда речь идет о глубоких трещинах, то стержень попросту разрезается и высверливается тот участок, который припаян к короткозамкнутому кольцу. Сквозь отверстие, которое образовалось в кольце, нужно высверлить в торце еще одно отверстие диаметром не более половины самого диаметра стержня. В это место нужно установить и припаять медную вставку. Прежде чем паять, нужно обезжирить и вытравить замыкающие кольца. Это можно сделать при помощи чистой ветоши, предварительно смоченной в моющей жидкости. Вытравливают на протяжении половины минуты раствором азотной кислоты при температуре двадцать градусов. А место вытравливания следует после промыть под горячей водой. Затем протереть насухо и просушить. [caption id="attachment_4798" align="aligncenter" width="1446"] Ремонт обмоток[/caption]

Пайка

Пайка выполняется посредством кислородно-ацетиленового пламени и горелки. Выполнять пайку следует не позже, чем через восемь часов после окончания травления. Когда выполняют пайку второй горелкой, то нужно поддерживать температуру в стержне и короткозамыкающем кольце, когда они разогреются. Чтобы расплавить припой, необходимо произвести касание к наиболее нагретым местам. Нельзя допускать, чтобы припой расплавился непосредственно под пламенем горелки. Флюс наносится на спаиваемую поверхность при помощи разогретого прутка припоя. Паяют вставку с короткозамкнутыми кольцами в вертикальном положении. Затем ее зачищают и производят опил соединительных мест, которые тоже проверяют при помощи лупы. По окончании ремонта оборудование нужно сбалансировать.  Неоспоримые плюсы повсеместного использования:

• стабильно работают при оптимальной нагрузке;
• надежная эксплуатация;
• высокая надежность;
• низкая стоимость в сравнении с моделью на основании фазного агрегата и другого в зависимости от типа электрического мотора;
• высокие показатели КПД;
• небольшие эксплуатационные расходы.

Имеются и недостатки: повышенный пусковой ток, они нуждаются в дополнительном коммутационном управляющем устройстве, низкий коэффициент скольжения и довольно высокая чувствительность к перепаду напряжения. Механическая характеристика приличная.

Принцип работы асинхронных моторов

Он основывается на силовом воздействии магнитных полей. То магнитное поле, которое вращается, создается током намотки статора. Учитывая тот факт, что намотка всегда является замкнутой, то именно по ней под воздействием ЭДС протекает ток. В результате, магнитные поля, которые будут взаимодействовать с этим током, создают на их валах вращательные электромагнитные моменты. Вращающиеся моменты в каждом случае направлены в сторону вращения магнитных полей.

Пуск движка с короткозамкнутыми роторами

• Способов пуска существует много:
• прямой;
• автотрансформаторный;
• реостатный;
• с помощью переключения намотки статоров со звездочек на треугольники.

При запуске движка, когда напряжение понижено, то есть один минус - пусковые моменты движка, которые являются пропорциональными квадратному напряжению, могут быть снижены таким образом, что 1 условие пуска не выполнится.

Асинхронные тахогенераторы и принцип их действия

Речь идет об электрических машинах, которые преобразовывают вращательную скорость в электросигналы. Зависит напряжения на выходе тахо генераторов от того, какой будет скорость вращения и выходных характеристик. Применяют тахогенераторы, чтобы выполнить изменение вращательной скорости и выработки замедляющегося сигнала, или ускоряющегося. Устроены они по принципу асинхронных моторов. В пазы статоров укладываются 2 обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 градусов.  По какому принципу действуют тахогенераторы? Это можно сделать на примере полых моделей, состоящих из конечного количества витков, которые замкнуты на конце. Если питание намотки происходит путем возбуждения переменного тока, то произойдет возникновение в пространстве пульсирующего магнитного потока. Он будет пронизывать немагнитный прибор и намотку генератора. Когда неподвижный греется деталь ЭДС не будет возникать в генераторных намотках, то это можно объяснить перпендикулярным расположением магнитного потока.

3-х фазные коллекторные асинхронные моторы с запиткой со стороны ротора

Обращенные синхронные моторы, которые позволяют плавным образом выполнять регулировку скорости с минимума до максимума, обычно лежат выше, нежели скорость синхронизма. По факту происходит смена раствора в двойном комплекте щеток на каждой фазе вторичных цепей движков. Выходит, если переставить с помощью механических устройств щеточный траверс, то появится возможность экономным образом осуществлять управление скоростью асинхронных движков с переменными токами. Идея заключается в том, что во вторичную цепь вводят добавочный ЭДС со сменной амплитудой и фазой, у которых частые скольжения. Коллектором выполняется задача согласования частоты скольжения. Когда суммируется добавочная ЭДС и основная производится с инвертированием добавочных мощностей во вторичные цепи агрегата, то разгон выходи в разы выше, нежели синхронная частота вращения. Выходит, что в результате регулировки появляется новое семейство с довольно жесткими характеристиками и меньшим критическим моментом, а скорость при этом снижена. Если разгон выше синхронной скорости, то она будет пропорционально увеличиваться. Конструкция мотора - это обращенная машина. В ней на деталях укладываются 2 обматывающих детали, которые соединяются путем пары щеток на фазах со вторичными намотками статоров. По факту речь идет о двух частях вторичных обмоток - все зависит от положения щеточного траверса, а они включаются друг с другом встречным образом.  https://youtu.be/ExcjDg8Rt1I