Базові знання про електродвигуни

1. Вступ до електродвигунів

Електродвигун — це пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну. Він використовує обмотку статора, що знаходиться під напругою, для створення обертового магнітного поля та впливу на ротор (наприклад, закриту алюмінієву раму з короткозамкненим ротором), щоб сформувати магнітоелектричний обертовий момент.

Електродвигуни поділяються на двигуни постійного струму та двигуни змінного струму відповідно до різних використовуваних джерел живлення. Більшість двигунів в енергосистемі є двигунами змінного струму, які можуть бути синхронними або асинхронними двигунами (швидкість магнітного поля статора двигуна не підтримує синхронну швидкість зі швидкістю обертання ротора).

Електродвигун складається переважно зі статора та ротора, а напрямок сили, що діє на провід під напругою в магнітному полі, пов'язаний з напрямком струму та напрямком лінії магнітної індукції (напрямком магнітного поля). Принцип роботи електродвигуна полягає у впливі магнітного поля на силу, що діє на струм, що змушує двигун обертатися.

2. Поділ електродвигунів

① Класифікація за робочим джерелом живлення

Залежно від різних джерел робочої потужності електродвигуни можна розділити на двигуни постійного струму та двигуни змінного струму. Двигуни змінного струму також поділяються на однофазні двигуни та трифазні двигуни.

② Класифікація за структурою та принципом роботи

Електродвигуни можна розділити на двигуни постійного струму, асинхронні двигуни та синхронні двигуни відповідно до їхньої структури та принципу роботи. Синхронні двигуни також можна розділити на синхронні двигуни з постійними магнітами, реактивні синхронні двигуни та гістерезисні синхронні двигуни. Асинхронні двигуни можна розділити на асинхронні двигуни та колекторні двигуни змінного струму. Асинхронні двигуни також поділяються на трифазні асинхронні двигуни та асинхронні двигуни із затіненими полюсами. Колекторні двигуни змінного струму також поділяються на однофазні двигуни з послідовним збудженням, двигуни змінного струму постійного струму двостороннього призначення та відштовхувальні двигуни.

③ Класифікація за режимом запуску та роботи

Електродвигуни можна розділити на однофазні асинхронні двигуни з конденсаторним пуском, однофазні асинхронні двигуни з конденсаторним живленням, однофазні асинхронні двигуни з конденсаторним пуском та однофазні асинхронні двигуни з розщепленою фазою відповідно до їх режимів пуску та роботи.

④ Класифікація за призначенням

Електродвигуни за призначенням можна розділити на приводні та керуючі.

Електродвигуни для приводу також поділяються на електроінструменти (включаючи інструменти для свердління, полірування, шліфування, довбання, різання та розширювання), електродвигуни для побутової техніки (включаючи пральні машини, електричні вентилятори, холодильники, кондиціонери, магнітофони, відеомагнітофони, DVD-програвачі, пилососи, камери, електричні повітродувки, електробритви тощо) та інше загальне невелике механічне обладнання (включаючи різні невеликі верстати, невеликі механізми, медичне обладнання, електронні прилади тощо).

Керуючі двигуни також поділяються на крокові двигуни та серводвигуни.
⑤ Класифікація за структурою ротора

За структурою ротора електродвигуни можна розділити на асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором (раніше відомі як асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором) та асинхронні двигуни з фазним ротором (раніше відомі як асинхронні двигуни з фазним ротором).

⑥ Класифікація за робочою швидкістю

Електродвигуни можна розділити на високошвидкісні, низькошвидкісні, двигуни з постійною швидкістю та двигуни зі змінною швидкістю залежно від їх робочої швидкості.

⑦ Класифікація за захисною формою

a. Відкритого типу (наприклад, IP11, IP22).

Окрім необхідної опорної конструкції, двигун не має спеціального захисту для обертових та струмопровідних частин.

b. Закритого типу (наприклад, IP44, IP54).

Обертові та струмопровідні частини всередині корпусу двигуна потребують необхідного механічного захисту для запобігання випадковому контакту, але це не суттєво перешкоджає вентиляції. Захисні двигуни поділяються на такі типи відповідно до їх різних конструкцій вентиляції та захисту.

Тип сітчастої кришки.

Вентиляційні отвори двигуна закриті перфорованими кришками, щоб запобігти контакту обертових та струмопровідних частин двигуна із зовнішніми предметами.

ⓑ Стійкий до крапель.

Конструкція вентиляційного отвору двигуна може запобігти потраплянню вертикально падаючих рідин або твердих речовин безпосередньо всередину двигуна.

ⓒ Захист від бризок.

Конструкція вентиляційного отвору двигуна може запобігти потраплянню рідин або твердих речовин всередину двигуна в будь-якому напрямку в межах вертикального кута 100°.

ⓓ Закрито.

Конструкція корпусу двигуна може перешкоджати вільному обміну повітря всередині та зовні корпусу, але це не вимагає повної герметизації.

ⓔ Водонепроникний.
Конструкція корпусу двигуна може запобігти потраплянню води під певним тиском всередину двигуна.

ⓕ Водонепроникний.

Коли двигун занурено у воду, конструкція корпусу двигуна може запобігти потраплянню води всередину двигуна.

ⓖ Стиль пірнання.

Електродвигун може працювати у воді протягом тривалого часу під номінальним тиском води.

ⓗ Вибухозахищений.

Конструкція корпусу двигуна достатня для запобігання передачі вибуху газу всередині двигуна назовні, що спричиняє вибух горючого газу зовні двигуна. Офіційний обліковий запис «Література з машинобудування», інженерна заправка!

⑧ Класифікація за методами вентиляції та охолодження

а. Самоохолодження.

Електродвигуни покладаються виключно на поверхневе випромінювання та природний потік повітря для охолодження.

b. Вентилятор із власним охолодженням.

Електродвигун приводиться в рух вентилятором, який подає охолоджувальне повітря для охолодження поверхні або внутрішньої частини двигуна.

c. Він охолоджувався вентилятором.

Вентилятор, який подає охолоджувальне повітря, не приводиться в дію самим електродвигуном, а має незалежний привід.

г. Тип вентиляції трубопроводу.

Охолоджувальне повітря не подається і не виводиться безпосередньо ззовні двигуна або зсередини двигуна, а подається або виводиться з двигуна через трубопроводи. Вентилятори для вентиляції трубопроводів можуть бути з власним вентиляторним охолодженням або з іншим вентиляторним охолодженням.

е. Рідинне охолодження.

Електродвигуни охолоджуються рідиною.

f. Замкнутий контур газового охолодження.

Циркуляція середовища для охолодження двигуна відбувається в замкнутому контурі, що включає двигун та охолоджувач. Охолоджувальне середовище поглинає тепло під час проходження через двигун та виділяє тепло під час проходження через охолоджувач.
g. Поверхневе охолодження та внутрішнє охолодження.

Охолоджувальне середовище, яке не проходить через внутрішню частину провідника двигуна, називається поверхневим охолодженням, тоді як охолоджувальне середовище, яке проходить через внутрішню частину провідника двигуна, називається внутрішнім охолодженням.

⑨ Класифікація за формою конструкції установки

Форма встановлення електродвигунів зазвичай представлена ​​кодами.

Код представлений абревіатурою IM для міжнародної установки,

Перша літера в IM позначає код типу монтажу, B позначає горизонтальний монтаж, а V позначає вертикальний монтаж;

Друга цифра позначає код об'єкта, представлений арабськими цифрами.

⑩ Класифікація за рівнем ізоляції

Рівень A, рівень E, рівень B, рівень F, рівень H, рівень C. Класифікація рівня ізоляції двигунів наведена в таблиці нижче.

⑪ Класифіковано відповідно до номінального робочого часу

Безперервна, періодична та короткочасна робоча система.

Система безперервного режиму роботи (SI). Двигун забезпечує тривалу роботу за номінального значення, зазначеного на заводській табличці.

Короткочасна робота (S2). Двигун може працювати лише протягом обмеженого періоду часу при номінальному значенні, зазначеному на заводській табличці. Існує чотири типи стандартів тривалості короткочасної роботи: 10 хв, 30 хв, 60 хв та 90 хв.

Система періодичної роботи (S3). Двигун може використовуватися лише періодично та з перервами в межах номінального значення, зазначеного на заводській табличці, вираженого у відсотках від 10 хвилин на цикл. Наприклад, FC=25%; Серед них S4 - S10 належать до кількох систем періодичної роботи за різних умов.

9.2.3 Поширені несправності електродвигунів

Електродвигуни часто стикаються з різними несправностями під час тривалої експлуатації.

Якщо передача крутного моменту між з'єднувачем та редуктором велика, з'єднувальний отвір на поверхні фланця демонструє значний знос, що збільшує зазор з'єднання та призводить до нестабільної передачі крутного моменту; знос положення підшипника, спричинений пошкодженням підшипника вала двигуна; знос між головками вала та шпонковими пазами тощо. Після виникнення таких проблем традиційні методи в основному зосереджуються на ремонтному зварюванні або обробці після щіткового покриття, але обидва мають певні недоліки.

Термічне напруження, що виникає під час ремонтного зварювання за високих температур, неможливо повністю усунути, що призводить до вигину або руйнування; проте, щіткове покриття обмежене товщиною покриття та схильне до відшаровування, і обидва методи використовують метал для ремонту, що не може змінити співвідношення «твердий до твердого». Під спільною дією різних сил це все одно призведе до повторного зносу.

Сучасні західні країни часто використовують полімерні композитні матеріали як методи ремонту для вирішення цих проблем. Застосування полімерних матеріалів для ремонту не впливає на термічне напруження зварювання, а товщина ремонтного шару не обмежується. Водночас металеві матеріали у виробі не мають гнучкості, щоб поглинати удари та вібрацію обладнання, запобігаючи можливості повторного зносу та подовжуючи термін служби компонентів обладнання, що значно заощаджує час простою для підприємств та створює величезну економічну цінність.
(1) Несправність: Двигун не може запуститися після підключення

Причини та методи обробки такі.

① Помилка підключення обмотки статора – перевірте підключення та виправте помилку.

② Розрив ланцюга в обмотці статора, коротке замикання на землю, розрив ланцюга в обмотці ротора двигуна з фазним обертанням – визначте точку несправності та усуньте її.

③ Надмірне навантаження або заклинив механізм передачі – перевірте механізм передачі та навантаження.

④ Розрив ланцюга в ланцюзі ротора двигуна з фазованим ротором (поганий контакт між щіткою та контактним кільцем, розрив ланцюга в реостаті, поганий контакт у виводі тощо) – визначте точку розриву ланцюга та усуньте її.

⑤ Напруга живлення занадто низька – перевірте причину та усуньте її.

⑥ Втрата фази живлення – перевірте коло та відновіть трифазне живлення.

(2) Несправність: Занадто високе підвищення температури двигуна або диміння

Причини та методи обробки такі.

① Перевантаження або занадто часті запуски – зменште навантаження та кількість запусків.

② Втрата фази під час роботи – перевірте коло та відновіть трифазне живлення.

③ Помилка підключення обмотки статора – перевірте підключення та виправте його.

④ Обмотка статора заземлена, і між витками або фазами є коротке замикання – визначте місце заземлення або короткого замикання та усуньте його.

⑤ Обмотка короткозамкненого ротора пошкоджена – замініть ротор.

⑥ Обрив фази обмотки ротора – визначте точку несправності та усуньте її.

⑦ Тертя між статором і ротором – Перевірте підшипники та ротор на деформацію, відремонтуйте або замініть їх.

⑧ Погана вентиляція – перевірте, чи вентиляція безперешкодна.

⑨ Напруга занадто висока або занадто низька – Перевірте причину та усуньте її.

(3) Явище несправності: Надмірна вібрація двигуна

Причини та методи обробки такі.

① Незбалансований ротор – вирівнювання балансу.

② Незбалансований шків або вигнутий подовжувач вала – перевірте та виправте.

③ Двигун не вирівняний з віссю навантаження – перевірте та відрегулюйте вісь агрегату.

④ Неправильне встановлення двигуна – перевірте монтажні та фундаментні гвинти.

⑤ Раптове перевантаження – зменшіть навантаження.

(4)Явище несправності: Незвичайний звук під час роботи
Причини та методи обробки такі.

① Тертя між статором і ротором – Перевірте підшипники та ротор на деформацію, відремонтуйте або замініть їх.

② Пошкоджені або погано змащені підшипники – замініть та очистіть підшипники.

③ Робота двигуна у разі втрати фази – перевірте точку розриву ланцюга та усуньте її.

④ Зіткнення лопаті з корпусом – перевірте та усуньте несправності.

(5) Несправність: швидкість двигуна занадто низька під навантаженням

Причини та методи обробки такі.

① Напруга живлення занадто низька – перевірте напругу живлення.

② Надмірне навантаження – перевірте навантаження.

③ Обмотка короткозамкненого ротора пошкоджена – замініть ротор.

④ Поганий або розірваний контакт однієї фази групи проводів ротора обмотки – перевірте тиск щітки, контакт між щіткою та контактним кільцем, а також обмотку ротора.
(6) Несправність: Корпус двигуна під напругою

Причини та методи обробки такі.

① Погане заземлення або високий опір заземлення – Підключіть заземлювальний провід відповідно до норм, щоб усунути несправності через погане заземлення.

② Обмотки вологі – пройдіть обробку сушінням.

③ Пошкодження ізоляції, зіткнення проводів – Занурення у фарбу для ремонту ізоляції, повторне підключення проводів. 9.2.4 Порядок роботи двигуна

① Перед розбиранням видаліть пил з поверхні двигуна за допомогою стисненого повітря та протріть її насухо.

② Виберіть робоче місце для розбирання двигуна та очистіть навколишнє середовище на місці.

③ Знайомий з конструктивними характеристиками та технічними вимогами до обслуговування електродвигунів.

④ Підготуйте необхідні інструменти (включаючи спеціальні інструменти) та обладнання для розбирання.

⑤ Для кращого розуміння дефектів у роботі двигуна, якщо дозволяють умови, перед розбиранням можна провести оглядове випробування. Для цього двигун випробовують під навантаженням, детально перевіряючи температуру, шум, вібрацію та інші стани кожної частини двигуна. Також перевіряють напругу, струм, швидкість тощо. Потім навантаження відключають і проводять окреме оглядове випробування холостого ходу для вимірювання струму холостого ходу та втрат холостого ходу, і складають записи. Офіційний обліковий запис «Література з машинобудування», інженерна заправка!

⑥ Відключіть живлення, зніміть зовнішню проводку двигуна та збережіть записи.

⑦ Виберіть відповідний вольтмегаомметр для перевірки опору ізоляції двигуна. Щоб порівняти значення опору ізоляції, виміряні під час останнього технічного обслуговування, та визначити тенденцію зміни ізоляції та стан ізоляції двигуна, значення опору ізоляції, виміряні за різних температур, слід перевести до однакової температури, зазвичай до 75 ℃.

⑧ Перевірте коефіцієнт поглинання K. Якщо коефіцієнт поглинання K>1,33, це вказує на те, що ізоляція двигуна не постраждала від вологи або ступінь вологості не є високим. Для порівняння з попередніми даними також необхідно конвертувати коефіцієнт поглинання, виміряний за будь-якої температури, до тієї ж температури.

9.2.5 Технічне обслуговування та ремонт електродвигунів

Коли двигун працює або несправний, існує чотири методи своєчасного запобігання та усунення несправностей, а саме: огляд, прослуховування, нюх та дотик, щоб забезпечити безпечну роботу двигуна.

(1) Подивіться

Спостерігайте за будь-якими відхиленнями під час роботи двигуна, які в основному проявляються в наступних ситуаціях.

① Коли обмотка статора короткозамикається, з двигуна може виходити дим.

② Коли двигун сильно перевантажений або вийде з фази, швидкість зменшиться, і з’явиться сильний звук «гудіння».

③ Коли двигун працює нормально, але раптово зупиняється, на нещільному з'єднанні можуть з'являтися іскри; це може трапитися через перегорання запобіжника або заклинювання компонента.

④ Якщо двигун сильно вібрує, це може бути пов'язано із заклинюванням передавального пристрою, поганим кріпленням двигуна, ослабленими фундаментними болтами тощо.

⑤ Якщо на внутрішніх контактах та з’єднаннях двигуна є зміна кольору, сліди горіння та плями диму, це свідчить про можливе локальне перегрівання, поганий контакт на з’єднаннях провідників або обгорілі обмотки.

(2) Слухайте

Під час нормальної роботи двигун повинен видавати рівномірний і легкий «гудіння» без будь-яких шумів чи специфічних звуків. Якщо випромінюється занадто багато шуму, включаючи електромагнітний шум, шум підшипників, шум вентиляції, шум механічного тертя тощо, це може бути передвісником або явищем несправності.

① Щодо електромагнітного шуму, якщо двигун видає гучний і важкий звук, це може бути з кількох причин.

a. Повітряний зазор між статором і ротором нерівномірний, і звук коливається від високого до низького з однаковим інтервалом часу між високим і низьким звуками. Це спричинено зносом підшипників, через що статор і ротор не є концентричними.

b. Трифазний струм незбалансований. Це пов'язано з неправильним заземленням, коротким замиканням або поганим контактом трифазної обмотки. Якщо звук дуже глухий, це вказує на те, що двигун сильно перевантажений або має збій фази.

c. Розхитаний залізний сердечник. Вібрація двигуна під час роботи призводить до ослаблення кріпильних болтів залізного сердечника, що призводить до розхитування кремнієвого сталевого листа залізного сердечника та виникнення шуму.

② Шум підшипника слід часто перевіряти під час роботи двигуна. Спосіб контролю полягає в тому, щоб притиснути один кінець викрутки до місця кріплення підшипника, а інший кінець піднести близько до вуха, щоб почути звук роботи підшипника. Якщо підшипник працює нормально, його звук буде безперервним і тихим «шелестінням», без будь-яких коливань висоти або звуку тертя металу. Якщо виникають наступні звуки, це вважається ненормальним.

a. Під час роботи підшипника чути «скрип», який являє собою звук тертя металу, зазвичай спричинений нестачею оливи в підшипнику. Підшипник слід розібрати та додати відповідну кількість мастила.

b. Якщо чути «скрип», це звук, який виникає під час обертання кульки, зазвичай через висихання мастила або брак оливи. Можна додати відповідну кількість мастила.

c. Якщо чути клацання або скрип, це звук, що виникає внаслідок нерівномірного руху кульки в підшипнику, що спричинено пошкодженням кульки в підшипнику або тривалим використанням двигуна, а також висиханням мастила.

③ Якщо передавальний механізм та приводний механізм видають безперервні, а не коливаючі звуки, з ними можна впоратися наступним чином.

a. Періодичні «клацаючі» звуки спричинені нерівними з’єднаннями ременя.

b. Періодичний «стукіт» спричинений нещільним зчепленням або шківом між валами, а також зношеними шпонками або шпонковими пазами.

c. Нерівномірний звук зіткнення спричинений зіткненням лопатей вітрового двигуна з кришкою вентилятора.
(3) Запах

Відчуваючи запах двигуна, можна також виявити та запобігти несправностям. Якщо виявляється специфічний запах фарби, це свідчить про те, що внутрішня температура двигуна занадто висока; якщо виявляється сильний запах паленого або горілого, це може бути пов'язано з пробою ізоляційного шару або згорянням обмотки.

(4) Дотик

Дотик до температури деяких частин двигуна також може визначити причину несправності. Для забезпечення безпеки слід використовувати тильну сторону долоні для дотику до навколишніх частин корпусу двигуна та підшипників. Якщо виявлено температурні відхилення, цього може бути кілька причин.

① Погана вентиляція. Наприклад, від’єднання вентилятора, заблоковані вентиляційні канали тощо.

② Перевантаження. Спричиняє надмірний струм та перегрів обмотки статора.

③ Коротке замикання між обмотками статора або трифазний дисбаланс струму.

④ Частий запуск або гальмування.

⑤ Якщо температура навколо підшипника занадто висока, це може бути спричинено пошкодженням підшипника або нестачею оливи.