Какие неисправности увеличивают сопротивление двигателя

Дефекты электродвигателя не подлежащие восстановлению

Ремонт электродвигателя малоопытным непрофессиональным ремонтником ведет к еще большему разрушению самого двигателя. Без применения специальных инструментов повреждается корпус и внутренние части оборудования, которые со временем не поддаются ремонту.

В целях предотвращения таких случаев следует периодически проводить технический ремонт электродвигателя специальными сервисными центрами. Проводятся такие ремонты минимум раз в год, а периодичность устанавливается предприятиями на которых эксплуатируются электродвигатели.

Наш центр по техническому ремонту и обслуживанию электродвигателей производит такие работы как:
— полная прочистка электродвигателя от пылевых загрязнений;
— смена смазывающего вещества;
— осмотр или замена нерабочих подшипников;
— обследование изоляции обмоток на сопротивление;
— обследование крепежа болтовых соединений или частичная их замена ;
— обмер зазоров в местах разборки;
— обследование безопасности заземления;
— обследование правильной работы блокировочных систем;
— выправка корпуса и вентиляторов и мелкий ремонт.

Технический ремонт электродвигателей в отличие от капитального, может проводиться на месте осмотра. Также на месте после осмотра и выявляется, подлежит ли электродвигатель ремонту. Бывают случаи, что в процессе эксплуатации может произойти такая авария или иное повреждение, что электродвигатель просто не подлежит ремонту.

Эдектродвигатель не подлежит ремонту если:
— полностью разрушен корпус;
— разбиты или разрушены отлитые детали;
— отколото более двух ножек на оборудовании (или две ножки на одной из сторон двигателя);
— металл ротора или статора расколот или изрядно поврежден;
— полностью расплавлена обмотка ротора;
— воздушный зазор, установленный заводом изготовителем, намного выше (сравнивается по техническому паспорту оборудования).

Перед тем как принять решение о ремонте или замене электродвигателя, стоит проконсультироваться со специалистами. Не всегда стоит утилизировать не подлежащий восстановлению электродвигатель, при возможности он начинает работать после замены некоторых частей. Наши высококвалифицированные мастера проконсультируют вас по вопросам замены или ремонта электродвигателя, проведут технический ремонт и предоставят гарантию на работу электродвигателя.

Авторское право peremotka13.ru © 2015г. Копирование материалов запрещено. Все права защищены.

Перемотка и ремонт: электродивигателей, техники для клининга, электроинструментов, промышленной техники.

Неисправности электродвигателя причины и способы их устранения

Неисправности электродвигателя

Чтобы быстро определить неисправности электродвигателя, почему электродвигатель вышел из строя и в каких узлах произошел сбой, предлагаем Вам ознакомиться со списком наиболее популярных неисправностей. Ниже приведены характерные неисправности электродвигателя, причины возникновения и способы их правильного устранения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

Активная сталь статора перегревается равномерно по всей поверхности.

Причина: Повышенное напряжение питания.
Решение: Организовать дополнительное охлаждение электродвигателя и понизить напряжение электросети до штатного уровня.

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.

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.

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.

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.

Неисправности электродвигателей

Неисправности электродвигателей возникают в результате износа деталей и старения материалов, а также при нарушении правил технической эксплуатации. Причины возникновения неисправностей и повреждений электродвигателей различны. Нередко одни и те же неисправности вызываются действиями различных причин, а иногда — и совместным их действием. Успех ремонта во многом зависит от правильного установления причин всех неисправностей и повреждений поступающего в ре-мот электродвигателя.

Повреждения электродвигателей по месту их возникновения и характеру происхождения делят на электрические и механические. К электрическим относят повреждения изоляции или токопроводящих частей обмоток, коллекторов, контактных колец и листов сердечников. Механическими повреждениями считают ослабление крепежных соединительных резьб, посадок, нарушения формы и поверхности деталей, перекосы и поломки. Повреждения обычно имеют очевидные признаки или легко устанавливаются измерениями.

Неисправности часто можно установить лишь по косвенным признакам. При этом приходится не только проводить измерения, но и сопоставлять обнаруженные факты с известными из опыта и делать соответствующие выводы.

Предремонтные испытания

Для электродвигателей, поступающих в ремонт, когда это возможно, следует проводить предремонтные испытания.

Объем испытаний устанавливают в каждом случае в зависимости от вида ремонта, результатов анализа карт осмотра и внешнего состояния электродвигателя. Работа по предметному выявлению неисправностей машин называется дефектацией. Перед испытаниями электродвигатель подготавливают к работе с соблюдением всех требований правил технической документации; измеряют размеры зазоров в подшипниках и воздушные зазоры, осматривают доступные узлы и детали и оценивают возможность их использования при испытаниях. Непригодные детали по возможности заменяют исправными (без разборки).

В асинхронных двигателях на холостом ходу измеряют ток холостого хода, контролируют его симметрию и оценивают визуально или с помощью инструментов все параметры, подлежащие контролю при эксплуатации.

В электродвигателях с фазным ротором и двигателях постоянного тока оценивают работу контактных колец, коллекторов, щеточного аппарата. Нагружая электродвигатель в допустимой мере оценивают влияние нагрузки на работу его основных узлов, контролируют равномерность нагрева доступных частей, вибрацию, определяют неисправности и устанавливают возможные их причины.

Признаки и причины неисправностей асинхронных электродвигателей

Типичные признаки и причины неисправностей асинхронных электродвигателей при номинальных параметрах питающей сети и правильном включении обмоток электродвигателя приведены в таблице ниже.

Неисправности электродвигателя: основные причины и методы поиска поломок

Электродвигатели, как и все механизмы, подвержены износу, и при их эксплуатации часто встречаются неисправности, поломки или работа с параметрами, отличающимися от номинальных значений. Поскольку в электромоторе электроэнергия превращается в механическую энергию, то очевидно, что неисправности электродвигателей могут быть вызваны как неисправностями в электрических и электромагнитных системах, так и дефектами в механизмах.

Электрическую составляющую неисправностей подразделяют на внутреннюю – неисправности в обмотках и коллекторных контактах электродвигателя, и внешнюю – неисправности в компонентах пускателя и в питающих проводах.

Изношенная (справа) и новая (слева) коллекторные контактные щетки

Существует множество алгоритмов для проверки и поиска неисправностей электрических двигателей в зависимости от их конструкции, типа, габаритов, массы, расположения и текущего режима работы.

Не может существовать единственно правильной инструкции проверки электродвигателей, например – один электромотор свободно помещается на ладони, тогда как другой необходимо поднимать краном, хоть и принцип их действия может быть одинаковым.

Различие размеров электродвигателей

Первоначальная диагностика электродвигателя только своими руками

Допустим, электродвигатель средних размеров, мощностью до 10 кВт стоит на рабочем столе. Любой мастер первым делом попробует прокрутить рукой вал – если он вращается свободно, практически без шума, сохраняя достаточно долгое время (секунд десять) вращение по инерции, то можно сделать первый вывод, что с механической частью, возможно, неисправностей нет.

Прокрутка вала рукой

Хотя, неисправность в механизмах может обнаружиться только при работе на номинальных оборотах электрон двигателя, но, если при прокручивании вала рукой уже ощущается «тугой» ход и слышны скрежет, скрипение и постукивание, то можно заключить, что причиной этих явлений является износ подшипников. Если диагностируется электродвигатель с фазным ротором, или постоянного тока, то причиной нехарактерных звуков могут быть дефекты в токопередающих кольцах или коллекторных щетках.

Контактная система электро двигателя с фазным ротором

Еще один способ проверки подшипников – подергать со стороны в сторону вал двигателя, перпендикулярно и параллельно его оси. Если ощущается шатание вала, то скорее всего шарикоподшипники изношены. Но может иметь место выработка посадочного места подшипника,

Посадочное место шарикоподшипника в торцевой крышке электродвигателя

реже – истирание самого вала – такие неисправности характерны для электродвигателей, работавших с большой боковой нагрузкой на шкив, или подключенных к плохо центрированной соединительной муфте (оси ведущего и ведомого фланца не совпадали).

Сильно изношенный и деформированный вал электродвигателя

Причины и последствия износа подшипников в электродвигателе

Таким образом, даже не подключая и не разбирая двигатель, ни наблюдая его в процессе работы, можно провести начальную диагностику и поиск неисправностей без измерительных устройств и инструментов, пробуя вращать вал рукой и слушая издаваемые им звуки.

Чтобы определить происхождение звуков, издаваемых работающим электродвигателем, нужно отключить питание – электромагнитная природа шума исчезнет и останется только трение или биение вращающихся механизмов. Если слышен визг или скрипение, которое не наблюдалось при малых оборотах, то причиной может быть отсутствие смазки в шарикоподшипниках или их сильное загрязнение.

Очень сильно загрязненный подшипник

Сильная вибрация вала электрон двигателя, вращающегося по инерции, указывает на износ подшипника или дисбаланс колеса вентилятора, у которого может отколоться одна из лопастей. Биение вала на изношенных подшипниках будет все больше изнашивать прилегающие поверхности, что может спровоцировать ещё одну неисправность – ротор будет касаться статора в процессе вращения, и при этом будет выделяться металлическая стружка, усугубляя трение.

Последствия биения вала ротора из-за разбитых подшипников

Поэтому эксплуатировать электродвигатель с изношенными подшипниками нельзя, иначе серьезно повредятся коллекторные пластины и магнитопровод ротора и статора, что сильно ухудшит их электромагнитные характеристики.

Износ шарикоподшипников вызывает повышенное тепловыделение и энергопотребление электродвигателя при снижении его эффективности. В асинхронных электродвигателях короткозамкнутый ротор контактирует со статором только через подшипники – поэтому их износ или дефекты являются основной причиной механических неисправностей.

Полуразобранный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Намного реже случаются деформации вала или трещины в корпусе.

Разборка типового асинхронного электро двигателя

Поскольку имеется большое разнообразие конструкций электрических двигателей, то для разборки конкретного электродвигателя нужно изучать его чертежи и инструкцию по ремонту, ознакомиться с наглядными видео.

Но в общих чертах конструкции популярных в быту электромоторов схожи – на валу ротора находятся шарикоподшипники качения, внешние обоймы которых запрессовываются в посадочные места на внутренних поверхностях торцевых щитов (крышек).

Устройство асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором

Сами щиты центрируются при помощи проточенной цилиндрической кромки, совпадающей по размерах с проточкой на кожухе статора. Фиксация торцевых щитов осуществляется болтовыми соединениями. При разборке электродвигателя его вал разъединяют с ведомыми механизмами и снимают электродвигатель со станины.

Демонтаж двигателя с рабочего места

После этого необходимо снять с вала элемент передачи механической энергии (шкив, шестерня, фланец и т.д.). Открутив болты крепления, при помощью съемника снимают торцевые щиты с подшипников, после чего можно осторожно вынуть ротор.

Съемник для подшипников

Подшипники чистят, заново смазывают или заменяют, очищают поверхности ротора и статора, после чего собирают электро двигатель вновь. Существует множество способов съема подшипников, методов и инструментов.

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

9 основных неисправностей электродвигателя

В этом обзоре мы рассмотрим типичные неисправности трехфазных асинхронных электродвигателей и способы их предупреждения и устранения.

Электрические неисправности электродвигателя

Электрические неисправности двигателя всегда связаны с обмоткой.

1. 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.
2. Замыкание между обмотками происходит из-за смещения обмоток, механической вибрации и ударов. При отсутствии должной электрической защиты может возникнуть короткое замыкание и пожар.
3. 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.
4. 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.

Механические неисправности электродвигателя

Механические неисправности электродвигателя связаны с его конструкцией.

1. 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.
2. Проворачивание ротора на валу. Ротор может вращаться в магнитном поле статора, а вал будет неподвижен. Требуется механическая фиксация ротора на валу.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

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.

1. Увеличение нагрузки на валу вследствие заклинивания привода либо приводимых механизмов.
2. Перекос напряжения питания, который может быть вызван проблемами питающей сети либо внутренними проблемами привода.
3. Пропадание фазы, которое может произойти на любом участке питания двигателя – от питающей трансформаторной подстанции до обмотки двигателя.
4. 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.

Способы защиты электродвигателя

Для защиты электродвигателя от внутренних и внешних неисправностей, а также для минимизации дальнейших трудозатрат по его ремонту применяют различные устройства.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

13 распространенных причин неисправности электродвигателей

В промышленности электродвигатели используются повсеместно, они становятся технически все сложнее, что часто может осложнять поддержание их работы на пике эффективности. Важно помнить, что причины неисправностей электродвигателей и приводов не ограничиваются одной областью специализации: они могут быть как механического, так и электрического характера. И только нужные знания разделяют дорогостоящий простой и продление срока службы.

Наиболее частые неисправности электродвигателей — повреждения изоляции обмоток и износ подшипников, возникающие по множеству разных причин. Эта статья посвящена заблаговременному обнаружению 13 наиболее распространенных причин повреждений изоляции и выхода из строя подшипников.

Качество электроэнергии

1. Переходное напряжение

Переходные напряжения могут происходить из множества источников как на самом предприятии, так и за его пределами. Включение и выключение нагрузки поблизости, батареи конденсаторов коррекции коэффициента мощности или даже погодные явления — все это может создавать переходные напряжения в распределительных сетях. Эти процессы с произвольной амплитудой и частотой могут разрушать или повреждать изоляцию обмоток электродвигателей. Обнаружение источника переходных процессов может оказаться сложной задачей, поскольку они происходят нерегулярно, а их последствия могут проявляться по-разному. Например, переходные процессы могут проявиться в контрольных кабелях и необязательно нанесут вред непосредственно оборудованию, но они могут нарушить его работу.

Воздействие: повреждение изоляции обмотки электродвигателя приводит к раннему возникновению неисправностей и незапланированному простою.

Прибор для измерения и диагностики: трехфазный анализатор качества электроэнергии Fluke 435-II.

Критичность: высокая.

2. Асимметрия напряжений

Трехфазные распределительные сети часто питают однофазные нагрузки. Асимметрия сопротивления или нагрузки может быть причиной асимметрии напряжений на всех трех фазах. Возможные неисправности могут находиться в проводке электродвигателя, на клеммах электродвигателя, а также в самих обмотках. Эта асимметрия может вызывать перегрузки в каждой фазной цепи трехфазной сети. Одним словом, напряжение на всех трех фазах всегда должно быть одинаковым.

Воздействие: асимметрия является причиной сверхтоков в одной или нескольких фазах, которые вызывают перегрев и повреждение изоляции.

Инструмент для измерения и диагностики: трехфазный анализатор качества электроэнергии Fluke 435-II.

Критичность: средняя.

3. Гармонические искажения

Проще говоря, гармоники — это любые нежелательные дополнительные высокочастотные колебания напряжения или тока, поступающие на обмотки электродвигателя. Эта дополнительная энергия не используется для вращения вала электродвигателя, а циркулирует в обмотках и в конечном итоге приводит к потере внутренней энергии. Эти потери рассеиваются в виде тепла, которое со временем ухудшает изолирующие свойства обмоток. Некоторые гармонические искажения формы тока являются нормой для систем, питающих электронную нагрузку. Гармонические искажения можно измерить с помощью анализатора качества электроэнергии, проконтролировав величины токов и температуры на трансформаторах и убедившись, что они не перегружены. Для каждой гармоники утвержден приемлемый уровень искажений, который регламентируется стандартом IEEE 519-1992.

Воздействие: снижение эффективности электродвигателя приводит к дополнительным расходам и увеличению рабочей температуры.

Инструмент для измерения и диагностики: трехфазный анализатор качества электроэнергии Fluke 435-II.

Критичность: средняя.

Частотно-регулируемые приводы

4. Отражения на выходных ШИМ-сигналах привода

Частотно-регулируемые приводы используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления выходным напряжением и частотой питания электродвигателя. Отражения возникают из-за несогласованности полных сопротивлений источника и нагрузки. Несогласованность полных сопротивлений может произойти в результате неправильной установки, неправильного выбора компонентов или ухудшения состояния оборудования со временем. Пик отражения в цепи электропривода может достигать уровня напряжения шины постоянного тока.

Воздействие: повреждение изоляции обмотки электродвигателя приводит к незапланированному простою.

Прибор для измерения и диагностики: Fluke 190-204 ScopeMeter®, 4-канальный портативный осциллограф с высокой частотой выборки.

Критичность: высокая.

5. Среднеквадратичное отклонение тока

По своей сути среднеквадратичное отклонение тока — это паразитные токи, циркулирующие в системе. Среднеквадратичное отклонение тока образуется как результат частоты сигнала, уровня напряжения, емкости и индуктивности в проводниках. Эти циркулирующие токи могут выйти через системы защитного заземления, вызывая ложное размыкание или, в некоторых случаях, нагревание обмотки. Среднеквадратичное отклонение тока можно обнаружить в проводке электродвигателя, это сумма тока с трех фаз в любой момент времени. В идеальной ситуации сумма этих трех токов должна равняться нулю. Иными словами, обратный ток от привода будет равняться току, поступающему на привод. Среднеквадратичное отклонение тока можно также представить в виде асимметричных сигналов в нескольких проводниках, имеющих емкостную связь с заземляющим проводником.

Воздействие: произвольное размыкание цепи из-за прохождения тока по защитному заземлению.

Прибор для измерения и диагностики: изолированный 4-канальный портативный осциллограф Fluke 190-204 ScopeMeter с широкополосными (10 кГц) токовыми клещами (Fluke i400S или аналогичные).

Критичность: низкая.

6. Рабочие перегрузки

Перегрузка электродвигателя возникает, когда он работает под повышенной нагрузкой. Основными признаками перегрузки электродвигателя являются чрезмерное потребление тока, недостаточный крутящий момент и перегрев. Избыточное тепловыделение электродвигателя является главной причиной его неисправности. При перегрузке электродвигателя его отдельные компоненты — включая подшипники, обмотки и другие части — могут работать нормально, но электродвигатель будет перегреваться. Поэтому начинать поиски неисправности следует с проверки именно перегруженности электродвигателя. Поскольку 30 % всех неисправностей электродвигателей происходят именно из-за их перегруженности, важно понимать, как измерять и определять перегрузку электродвигателя.

Воздействие: преждевременный износ электрических и механических компонентов электродвигателя, ведущий к необратимому выходу из строя.

Инструмент для измерения и диагностики: цифровой мультиметр Fluke 289.

Критичность: высокая.

Механические причины

7. Нарушение центрирования

Нарушение центрирования возникает при неправильном выравнивании вала привода относительно нагрузки или смещении передачи, которая их соединяет. Многие специалисты считают, что гибкое соединение устраняет и компенсирует смещение, тем не менее, гибкое соединение защищает от смещения только саму передачу. Даже с гибким соединением неотцентрированный вал будет передавать повреждающие циклические усилия по своей длине на электродвигатель, вызывая повышенный износ электродвигателя и увеличивая фактическую механическую нагрузку. Кроме того, нарушение центрирования может быть причиной вибрации валов как нагрузки, так и электропривода. Существует несколько типов нарушения центрирования:

• Угловое смещение: оси валов пересекаются, но не параллельны.
• Параллельное смещение: оси валов параллельны, но не соосны.
• Сложное смещение: сочетание углового и параллельного смещений. (Примечание: практически всегда нарушение центрирования является сложным, но практикующие специалисты рассматривают их как сумму составляющих смещений, поскольку устранять нарушение центрирования проще по отдельности — угловую и параллельную составляющие).

Влияние: преждевременный износ механических компонентов привода, вызывающий преждевременные неисправности

Влияние: преждевременный износ механических компонентов привода, вызывающий преждевременные неисправности

Прибор для измерения и диагностики: лазерный инструмент для центрирования вала Fluke 830

Критичность: высокая

8. Дисбаланс вала

Дисбаланс — это состояние вращающейся детали, когда центр масс расположен не на оси вращения. Иными словами, когда центр тяжести находится где-то на роторе. Хотя устранить дисбаланс двигателя полностью невозможно, можно определить, не выходит ли он за рамки приемлемых значений, и предпринять меры для исправления ситуации. Дисбаланс может быть вызван различными причинами:

• скопление грязи;
• отсутствие балансировочных грузов;
• отклонения при производстве;
• неравная масса обмоток двигателя и другие факторы, связанные с износом.

Тестер или анализатор вибрации поможет определить, сбалансирован вращающийся механизм или нет.

Влияние: преждевременный износ механических компонентов привода, вызывающий преждевременные неисправности.

Прибор для измерения и диагностики: измеритель вибрации Fluke 810.

Критичность: высокая.

9. Расшатанность вала

Расшатанность возникает из-за чрезмерного зазора между деталями. Расшатанность может возникать в нескольких местах:

• Расшатанность с вращением возникает из-за чрезмерного зазора между вращающимися и неподвижными частями машины, например, в подшипнике.
• Расшатанность без вращения возникает между двумя обычно неподвижными деталями, например, между опорой и основанием или корпусом подшипника и машиной.

Как и в случаях со всеми другими источниками вибрации, важно уметь определить расшатанность и устранить проблему, избежав убытков. Определить наличие расшатанности во вращающейся машине можно с помощью тестера или анализатора вибрации.

Bлияние: ускоренный износ вращающихся компонентов, вызывающий механические неисправности

Прибор для измерения и диагностики: измеритель вибрации Fluke 810

Критичность: высокая

10. Износ подшипника

Неисправный подшипник имеет повышенное трение, сильнее нагревается и имеет пониженную эффективность из-за механических проблем, проблем со смазкой или износа. Неисправность подшипника может быть следствием различных факторов:

• нагрузка, превышающая расчетную;
• недостаточная или неправильная смазка;
• неэффективная герметизация подшипника;
• нарушение центрирования вала;
• неправильная установка;
• нормальный износ;
• наведенное напряжение на валу.

Когда неисправности подшипников начинают проявляться, это также вызывает каскадный эффект, ускоряющий выход двигателя из строя. 13 % неисправностей двигателя вызваны неисправностями подшипников, и более 60 % механических неисправностей на предприятии вызваны износом подшипников, поэтому важно знать, как устранять эти потенциальные проблемы.

Влияние: ускоренный износ вращающихся компонентов приводит к выходу подшипников из строя

Прибор для измерения и диагностики: измеритель вибрации Fluke 810

Критичность: высокая

Факторы, связанные с неправильной установкой

11. Неплотно прилегающее основание

Неплотное прилегание основания Угловое неплотное прилегание основания Причина в основании Неплотное прилегание вызывается неровным монтажным основанием двигателя или приводимого в движение компонента или неровной монтажной поверхностью, на которой располагается монтажное основание. Данное состояние может создать неприятную ситуацию, при которой затяжка монтажных болтов на самом деле привносит новые нагрузки и нарушение центрирования. Неплотное прилегание опоры часто возникает между двумя диагонально расположенными крепежными болтами, как, например, в случае с неровным стулом или столом, которые раскачиваются по диагонали. Существуют два типа неплотного прилегания основания:

• Параллельное неплотное прилегание основания — возникает, когда одна монтажная опора расположена выше, чем три другие.
• Угловое неплотное прилегание основания — возникает, когда одна из монтажных опор не параллельна или не перпендикулярна по отношению к монтажной поверхности.

В обоих случаях неплотное прилегание основания может быть вызвано неровностями в монтажной опоре механизма или в монтажном основании, на котором находится опора. В любом случае найти и устранить неплотное прилегание необходимо до центрирования вала. Качественный лазерный инструмент для центрирования может определить неплотное прилегание основания данной вращающейся машины.

Влияние: нарушение центрирования компонентов механического привода

Прибор для измерения и диагностики: лазерный инструмент для центрирования вала Fluke 830

Критичность: средняя

12. Напряжение трубной обвязки

Натяжением трубной обвязки называется состояние, при котором новые нагрузки, натяжения и силы, действующие на остальное оборудование и инфраструктуру, передаются назад на двигатель и привод, приводя к нарушению центрирования. Наиболее часто встречающимся примером этого являются простые схемы с электродвигателем/насосом, когда что-то оказывает воздействие на трубопроводы, например:

• смещение в фундаменте;
• недавно установленный клапан или другой компонент;
• предмет, ударяющий, сгибающий или просто давящий на трубу;
• сломанные или отсутствующие крепления для труб или настенная
  арматура.

Эти силы могут оказывать угловое или смещающее воздействие, что в свою очередь приводит к смещению вала двигателя/насоса. По этой причине важно проверять центрирование машины не только во время установки — точное центрирование является временным состоянием и может изменяться с течением времени.

Влияние: нарушение центрирования вала и последующие нагрузки на вращающиеся компоненты, приводящие к преждевременным неисправностям.

Прибор для измерения и диагностики: лазерный инструмент для центрирования вала Fluke 830

Критичность: низкая

13. Напряжение на валу

Когда напряжение на валу электродвигателя превышает изолирующие характеристики смазки подшипника, происходит пробой на внешний подшипник, что вызывает точечную коррозию и образование канавок на дорожке качения подшипника. Первыми признаками проблемы являются шум и перегрев, возникающие по мере того, как подшипники теряют первоначальную форму, а также появление металлической крошки в смазке и увеличение трения подшипника. Это может привести к разрушению подшипника уже через несколько месяцев работы электродвигателя.

Неисправность подшипника — это дорогостоящая проблема как с точки зрения восстановления электродвигателя, так и с точки зрения простоя оборудования, поэтому предотвращение этого посредством измерения напряжения на валу и тока в подшипниках является важной частью диагностики. Напряжение на валу присутствует только тогда, когда на двигатель подается питание, и он вращается. Угольная щетка, устанавливаемая на щуп, позволяет измерять напряжение на валу при вращении электродвигателя.

Влияние: дуговые разряды на поверхности подшипника вызывают точечную коррозию и образование канавок, что в свою очередь приводит к чрезмерной вибрации и последующей неисправности подшипника.

Прибор для измерения и диагностики: изолированный 4-канальный портативный осциллограф Fluke-190-204 ScopeMeter, щуп AEGIS с угольными щетками для измерения напряжения на валу.

Критичность: высокая.

Четыре стратегии для достижения успеха

Системы управления электродвигателями используются в важных процессах на заводах. Поломка оборудования может привести к большим финансовым потерям, связанным как с потенциальной заменой электродвигателя и его деталей, так и с простоем систем, зависящих от данного электродвигателя. Обеспечивая обслуживающих инженеров и техников необходимыми знаниями, определяя приоритеты работ и проводя профилактическое обслуживание для контроля оборудования и устранения трудно обнаруживаемых проблем, зачастую можно избежать неисправностей, вызванных рабочими нагрузками, и сократить потери от простоя.
Существуют четыре ключевые стратегии для устранения или предотвращения преждевременных поломок электродвигателя и вращающихся деталей: