ВИДЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Однофазные асинхронные электродвигатели мощностью до 1 кВт, редко до 2 кВт, широко применяются в условиях, когда имеется только однофазная сеть, например для привода механизмов различных приборов, электрифицированного инструмента, в бытовых механизмах и т. п. Если обмотку двигателя питать однофазным током, то электромагнитное поле в нем будет не вращающимся, как в трехфазных машинах, а пульсирующим, энергетические показатели станут хуже, чем у трехфазных, а. пусковой момент будет равен нулю, т. е. двигатель без специальных устройств не будет запускаться. Поэтому в статорах однофазных двигателей устанавливают две обмотки, которые часто называют также фазами обмотки. Одна из них главная, или рабочая, другая вспомогательная. Обмотки располагаются по пазам статора так, что их оси сдвинуты относительно друг друга в пространстве на электрический угол 90° (рис.1).

Рис.1. Оси обмоток двух- и однофазных двигателей: а — расположение катушек разных фаз в пазах статора; б — условное изображение фаз обмотки.

Если фазы токов обмоток будут не одинаковы, т. е. сдвинуты во времени, то электромагнитное поле в статоре двигателя становится вращающимся. Энергетические показатели двигателя улучшаются и появляется пусковой момент. При сдвиге фаз токов на электрический угол 90° и одинаковых МДС обмоток поле становится круговым и КПД однофазного двигателя будет наибольшим. Добиться этого можно, выполнив обе обмотки двигателя одинаковыми и последовательно подключив к одной из них конденсатор (рис. 2.а). Такие двигатели называются однофазными конденсаторными.

Рис. 2.. Схемы включения однофазных двигателей: а — с постоянно включенным конденсатором (конденсаторные двигатели); б — с рабочим и пусковым конденсаторами; в — с пусковым элементом; Ср — рабочий конденсатор; Сп — пусковой конденсатор; ПЭ — пусковой элемент.

Емкость конденсатора, необходимая для получения кругового поля, зависит от активных и индуктивных сопротивлений обмоток двигателя и от его нагрузки. Для однофазных конденсаторных двигателей конденсатор рассчитывают так, чтобы поле было круговым при номинальной нагрузке. Его включают последовательно с одной из фаз обмоток на все время работы. Этот конденсатор называют рабочим и обозначают Ср. Во время пуска двигателя емкость рабочего конденсатора оказывается недостаточной для образования кругового поля и пусковой момент двигателя невелик. Для увеличения пускового момента параллельно с рабочим конденсатором включается второй — пусковой конденсатор (Сп). Суммарная емкость пускового и рабочего конденсаторов обеспечивает получение кругового вращающегося поля во время пуска двигателя и пусковой момент его увеличивается. После разгона двигателя пусковой конденсатор отключается, а рабочий остается включенным (рис. 2.б). Таким образом, двигатель запускается и работает с номинальной нагрузкой при вращающемся круговом поле.

Рис. 3. Схема однослойной концентрической обмотки с m = 2, z = 16, 2р = 2, выполненной вразвалку.

В статорах большинства одно- и двухфазных двигателей применяют всыпные однослойные обмотки с концентрическими катушками (рис. 3). Они имеют либо четыре вывода — начала и концы главной и вспомогательной фаз, либо только три. При трех выводах концы главной и вспомогательной фаз соединяются между собой внутри корпуса и наружу выводится провод от места их соединения общей точки обмотки.

Рис. 4. Схема однослойной концентрической обмотки с m = 2, z= 24, 2р = 4, q = 3, выполненной с «расчесанными» катушками.

Для уменьшения вылета лобовых частей катушек однослойные обмотки часто выполняют вразвалку. Если число пазов на полюс и фазу четное, то обмотки вразвалку по существу не отличаются от таких же обмоток трехфазных машин. Если же число ц нечетное, то большие катушки в группах делают «расчесанными» т. е. отгибают лобовые части половины их витков в одну, а второй половины — в другую сторону (рис. 4). Необходимость установки конденсаторов удорожает однофазные двигатели, увеличивает их габариты и снижает надежность, так как конденсаторы выходят из строя чаще, чем двигатели. Поэтому большинство однофазных асинхронных двигателей рассчитывают на работу только с одной — главной обмоткой. Однако для того, чтобы их можно было пускать, устанавливают и вторую — вспомогательную обмотку, которую часто называют пусковой. Она предназначается только для создания вращающегося поля при пуске двигателя. Такие однофазные двигатели называются двигателями с пусковой фазой (или с пусковой обмоткой). Сдвиг фаз токов главной (рабочей) и пусковой обмоток достигается изменением сопротивления пусковой обмотки путем последовательного включения с ней так называемого пускового элемента (рис. 2.в) — конденсатора или резистора (чаще всего используют более дешевый — резистор). Пусковые обмотки, как правило, отличаются от рабочих и по числу витков, и по числу катушек, и сечением провода. Они обычно занимают 1/3 всех пазов статора. В оставшихся 2/3 пазов располагается рабочая обмотка. Схемы соединений и числа полюсов рабочей и пусковой обмоток одинаковы (рис. 5).

Особенности ремонта асинхронной машины

Проблемы с двигателем любого типа могут иметь механический или электрический характер. В первом случае свидетельствовать о неисправности может сильная вибрация и характерный шум, как правило, это говорит о проблемах с подшипником (обычно в торцевой крышке). Если вовремя не устранить неисправность, вал может заклинить, что неминуемо приведет к выходу из строя обмоток статора. При этом тепловая защита автоматического выключателя может не успеть сработать.

Исходя из практики, в 90% выход из строя асинхронных машин возникают проблемы с обмоткой статора (обрыв, межвитковое замыкание, КЗ на корпус). При этом короткозамкнутый якорь, как правило, остается в рабочем состоянии. Поэтому даже при механическом характере повреждений необходимо произвести проверку электрической части.

Недостатки

Как таковых недостатков перемотки нет, обновление имеющегося ресурса всегда позитивно, лучше только основательная замена. Покупка нового агрегата – затратное дело, а ремонт имеющегося – дешевле, да и выгоднее, особенно, если мотор до этого работал без сбоев. Рано или поздно все равно придется приобретать новую машину, но позже.

Если оценивать экономический фактор, то перемотка обходится в сумму до 50% от полной стоимости мотора. Но, если осуществлять самостоятельную перемотку трехфазного двигателя, то бюджет будет еще скромнее.

Перемотанный силовой агрегат имеет сокращенный срок службы, что также стоит учитывать и не давать на мотор высоких нагрузок.

Проверка обмотки

В большинстве случаев проблема может быть обнаружена по внешнему виду и характерному запаху (см. рис. 1). Если эмпирическим путем неисправность установить не удается, переходим к диагностике, которая начинается с прозвонки на обрыв. Если таковая обнаруживается, выполняется разборка двигателя (этот процесс будет описан отдельно) и тщательный осмотр соединений. Когда дефект не обнаружен, можно констатировать обрыв в одной из катушек, что требует перемотки.

Если прозвонка не показала обрыва, следует переходить к измерению сопротивления обмоток, при этом учитывать следующие нюансы:

• сопротивление изоляции катушек на корпус должно стремиться к бесконечности;
• у трехфазного привода обмотки должны показывать одинаковое сопротивление;
• у однофазных машин сопротивление пусковых катушек превышает данные показания рабочих обмоток.

Помимо этого следует учитывать, что сопротивление статорных катушек довольно низкое, поэтому для его измерения бессмысленно использовать приборы с низким классом точности, к таковым относятся большинство мультиметров. Исправить ситуацию можно собрав несложную схему на потенциометре с добавлением дополнительного источника питания, например автомобильной аккумуляторной батареи.

Методика измерений следующая:

1. Подключается катушка привода к схеме, представленной выше.
2. Потенциометром устанавливается ток 1 А.
3. Производится расчет сопротивления катушке по следующей формуле: , где RК и UПИТ были описаны на рисунке 2. R – сопротивление потенциометра, – падение напряжения на измеряемой катушке (показывает вольтметр на схеме).

Стоит также рассказать о методике, позволяющей определить место межвиткового замыкания. Это делается следующим образом:

Статор, освобожденный от ротора, подключается через трансформатор к пониженному питанию, предварительно поместив к нему стальной шарик (например, от подшипника). Если катушки рабочие, шарик будет циклически двигаться по внутренней поверхности безостановочно. При наличии межвиткового КЗ, он «прилипнет» к этому месту.

Особенности ремонта коллекторных приводов

У данного типа электромашин чаще возникают механические неисправности. Например, стирание щеток или засорение контактов коллектора. В таких ситуациях ремонт сводится к чистке контактного механизма или замене графитовых щеток.

Тестирование электрической части сводится к проверке сопротивления обмотки якоря. В этом случае щупы прибора двум соседним контактам (ламелям) коллектора, после снятия показаний производится измерение далее по кругу.

Отображенное сопротивление должно быть примерно одинаковым (с учетом погрешности прибора). Если наблюдается серьезное отклонение, то это говорит, что имеет место быть межвитковое КЗ или обрыв, следовательно, необходима перемотка.

Определение неисправности

Роторы постоянного тока шуруповёртов, миксеров и вентиляторов бывают коллекторные и бесщёточные. У последних двигателей коммутация обмоток, расположенных на статоре, происходит с помощью контроллера. Поэтому перед перемоткой необходимо точно убедиться в исправности ключей и самого контроллера. Электрические двигатели переменного тока делятся на:

• асинхронные с короткозамкнутым ротором;
• синхронные или щёточные с фазным ротором.

Для определения неисправности обмоток ротора используют специальный индукционный прибор. Установить поломку обмоток асинхронного двигателя можно с помощью тестера или омметра. Иногда применяют специализированные электронные приборы для выявления короткозамкнутых витков.

Неисправность роторов чаще всего бывает из-за замыкания в якоре. Отпаивая проводники от контактной группы и проверяя их на короткое замыкание, находят неисправность контактов или витков ротора. В случае замыкания последних поломку устраняют путём замены провода. Если мало витков, а провод ротора толстый и без повреждений, то делают его хорошую изоляцию, подкладывая пластинку из картона или ткани, смоченную изоляционным лаком.

В случае замыкания в контактной группе необходим её ремонт или замена. Можно вырезать тонкий паз между замкнутыми контактами и вставить пластинку из текстолита, проклеенную эпоксидным клеем. Наждачной бумагой устраняют неровности на контактной группе.

Обмоточные данные электродвигателей

Это справочные данные, поэтому самый надежный способ получить такую информацию – обратиться к соответствующим источникам. Эти данные также могут приводиться в паспорте к изделию.

В сети можно встретить советы, в которых рекомендуют при перемотке вручную пересчитать витки и измерить диаметр провода. Это трата времени. Значительно проще и надежней по маркировке двигателя найти всю необходимую информацию, в которой будут указаны следующие параметры:

• номинальные рабочие характеристики (напряжение, мощность, потребляемый ток, число оборотов и т.д.);
• количество проводов для одного паза;
• Ø проволоки (как правило, в данном показателе изоляция не учитывается);
• информация о внешнем и внутреннем диаметре статора;
• количество пазов;
• с каким шагом выполняется обмотка;
• размеры ротора и т.д.

Преимущества

Повышение производительности, повышенная удельная мощность, надежность и эффективность стали возможными, благодаря разработкам в области материалов. Мастерство здесь также играет далеко не последнюю роль. К примеру, использование более качественных смол и материалов изоляции позволяет улучшать рассеивание тепла.

Доведенная до автоматизма технология формирования катушек и точное нанесение лент изоляции позволяют обеспечивать бесперебойное дублирование катушек для упрощения процессов установки и эксплуатации.

Пошаговая инструкция перемотки электродвигателя своими руками

Необходимо сразу предупредить, что без спецоборудования и навыков работы перемотка катушек будет, скорее всего, бесполезным занятием. С другой стороны отрицательный опыт это тоже опыт. Понимание сложности процесса является лучшим объяснением его стоимости.

Первый этап — демонтаж

Мы приводим алгоритм действий для асинхронных машин, он следующий:

1. Отключаем привод от сети (380 или 220 В).
2. Демонтируем электромотор с конструкции, где он был установлен.
3. Снимаем задний защитный кожух охлаждающего вентилятора.
4. Демонтируем крыльчатку.
5. Откручиваем крепление торцевых крышек, после чего снимаем их. Начинать желательно с фронтальной части, после ее демонтажа ротор легко «выйдет» с тыловой крышки.
6. Вытаскиваем ротор.

Данный процесс можно существенно облегчить, если использовать специальное устройство – съемник. С его помощью легко освободить вал двигателя от шкива или шестерни, в также снять торцевые крышки.

Мы не будем приводить инструкцию по разборке коллекторного двигателя, поскольку особо не отличается. Строение электромашины данного типа можно найти на нашем сайте.

Этап второй — снятие обмотки

Очередность действий следующая:

1. При помощи ножа снимаем бандажный крепеж и изоляционное покрытие с мест соединений проводов. В некоторых инструкциях рекомендуется зафиксировать схему соединений, например, сделав фотоснимок. Делать это особого смысла нет, поскольку это справочная информация и узнать ее по марке двигателя не составляет проблемы.
2. Используя зубило, сбиваем верхушки проводов с каждого торца статора.
3. Освобождаем пазы, используя пробойник соответствующего диаметра.
4. Очищаем статор от грязи, копоти, лака пропитки.

Перемотка статора (финальная фаза)

Процесс состоит из следующих действий:

1. Установка изоляторов в каждый паз (гильзование).
2. Толщина материала и его характеристики подбираются по справочнику.
3. Определяются обмоточные данные по марке двигателя.
4. На специальном станке производится намотка необходимого количества витков всыпных катушек. В сети можно найти фото и параметры самодельных ручных станков, но качество их работ довольно сомнительное.

   

5. Катушечные группы укладываются в пазы, после чего производится их обвязка и соединение. Эти процессы довольно сложные и выполняются вручную.
6. Осуществляется пропитка. Для этого корпус нагревается до температуры 45°С – 55°С и полностью погружается в емкость с пропиточным лаком. Заливать лаком провода не имеет смысла, поскольку в этом случае все равно останутся пустоты.
7. После пропитки корпус помещают в специальную камеру, где осуществляется сушка при температуре 130-135°С.
8. Финальное тестирование катушек омметром.
9. Сборка и пробный запуск (если в ремонт передавались на только корпус, а и остальные детали и крепления).

Если на восстановление сдавался только корпус, рекомендуем перед тем, как включать мотор, проверить катушки.

Общие рекомендации

Независимо от того, проводите вы перемотку своими руками, или же обращаетесь к специалистам, важно учитывать такие советы:

• для вариантов взрывозащищенного или кранового видов стоит уделять особое внимание в плане деталей. Производитель реализовывает высокий уровень защиты, который не должен нарушаться при ремонте;
• точечный сервис не обеспечивает максимальный уровень эффективности. Статорная или роторная перемотка подразумевает смену подшипников, проверку состояния посадочных мест;
• на сегодняшний день качественную обработку мотора можно провести за пару дней, главное – применять проверенные материалы;
• для обеспечения прежней мощности двигателя необходимо подбирать кабель с сечением, аналогичным прошлому. Благодаря этому получится намотать требуемое количество витков;
• перед началом работ стоит подготовить все вспомогательные материалы, например, шаблоны из картона. Размер должен соответствовать оригинальным габаритам металлических компонентов.

Перемотка якоря

Процесс замены обмотки коллекторного двигателя несколько похож за исключением небольших нюансов, связанных с особенностью исполнения. Например, на перемотку отправляют якорь, а не корпус, при условии, что проблема возникла не с катушками возбуждения. Помимо этого имеются следующие отличия:

• Для намотки применяется специальный станок, более сложной конфигурации.
• Обязательно необходима проточка, балансировка якоря (в финальной части процесса), а также его чистка и шлифовка.
• При помощи специального фрезерного станка производится нарезка коллектора.

Для перечисленных процессов требует спецоборудование, без него перемотка электродвигателей — пустая трата времени.