Ремонт электродвигателей переменного тока – разбираем причины неисправностей и ищем способы их устранения

Не так давно мы на сайте выпустили две статьи, в которых рассказывали о принципах работы генераторов переменного и постоянного токов. Если вы читали этот материал, то наверняка помните, что данные устройства способны превращать кинетическую (механическую) энергию в электрическую. Сегодня же мы поговорим про электрический двигатель, который делает все то же самое, но в обратной последовательности, то есть энергию электричества переводит в крутящий момент.

Как и любое другое устройство, электромоторы имеют определенный ресурс и свойство ломаться по тем или иным причинам. Давайте разберемся с основными неисправностями этих агрегатов и выясним, как осуществляется ремонт электродвигателей переменного тока.

Типовые неисправности

Не нужно иметь технического образования, чтобы понимать, что все неисправности электродвигателя переменного тока можно разделить на два типа. Первые связаны с повреждениями подвижных частей устройства – назовем их механическими, а вторые – с повреждениями силовых элементов – электрическими.

Электрическую часть всех неисправностей можно, в свою очередь, тоже разбить на два вида: внутренние – когда выходят из строя обмотки двигателя; внешние – проблема будет иметься в пусковых устройствах и проводах, подающих энергию.

При этом стоит понимать, что поломками считаются не только те случаи, когда двигатель перестает функционировать, но и те моменты, когда его основные параметры начинают отличаться от номинальных, вызывая, например, неэффективное использование, перегрев и прочее.

В связи с тем, что причин неисправностей достаточно много, существует и большое количество алгоритмов, по которым электродвигатель можно диагностировать. Тип проверки может также отличаться и в зависимости от строения мотора, его габаритов, массы и даже места расположения.

Но давайте не будем лезть в дебри и разберемся с ремонтом, который мы сможет выполнить своими руками, ну, или хотя бы диагностировать причину неисправности.

Диагностика механических неисправностей

Первое, что сделает любой мастер, подходя к поломанному электродвигателю, это попробует провернуть вал мотора рукой.

• Сделать это нужно максимально резко, чтобы заставить вращаться его по инерции.
• Нормально работающий узел должен крутиться достаточно продолжительное время, секунд 10, наверное. При этом не должны быть слышны ни скрипы, ни тем более скрежет. Вообще вращение должно проходить практически без звука.
• Если вы наблюдаете именно такую картину, то, скорее всего, с механической частью аппарата все в порядке, но окончательный вывод делать пока рановато, так как иногда проблема с механикой может возникать только на номинальных оборотах двигателя, то есть, когда он запущен.
• Если же вы чувствуете, что вал приводить в движение нужно, прилагая большие усилия, при этом он тут же стопорится, и слышны разные звуковые эффекты, в том числе и постукивания, то можно смело диагностировать износ подшипников и готовиться к их замене.
• Такие же проблемы могут вызывать заклинившие щетки и токопроводящие контактные кольца в моторах с фазным ротором и в двигателях постоянного тока.

• Второй, не менее просто способ, проверить целостность подшипников – раскачать вал параллельно и перпендикулярно его оси, иными словами из стороны в сторону и наружу-внутрь.

• Если наблюдается некоторое шатание и стуки, то подшипники точно изношены, хотя нет — пострадать могло и посадочное место подшипника, но тут уж без разборки двигателя уже никак не обойтись.

• Также могло произойти истирание вала, что достаточно редко, но наблюдается в двигателях, работавших под значительными механическими нагрузками на шкив, или подключенная к нему соединительная муфта плохо отцентрована, то есть оси фланцев (ведущего и ведомого) были плохо совмещены.

Как изнашиваются подшипники на валу

Итак, мы с вами провели простейшую диагностику, которая с высокой долей вероятности указывает нам на то, что ненормально работают подшипники на валу. Что же могло послужить причиной их выхода из строя?

• Самыми легкими проблемами будут либо отсутствие смазки на трущихся деталях, от чего, собственно, скрипы механического характера и возникают, и банальное загрязнение подшипника. Посмотрите на фото ниже, где представлен именно такой случай.

• Если при вращении вала наблюдается сильная вибрация, то возможно подшипник изношен, хотя нередко причиной служит дисбаланс вентилятора, охлаждающего мотор – у него может отколоться одна или несколько лопастей, что вызывает расцентровку.

1. Работа двигателя на изношенных подшипниках грозит куда более серьезными проблемами, Не проведенный вовремя ремонт приводит к усиленному износу деталей прилегающих к подшипнику (то же посадочное гнездо).
2. Подобная разбалансировка грозит еще большими проблемами — из-за люфта ротор начинает тереться об статор. В результате этого вырабатывается металлическая стружка, которая еще больше усиливает эффект трения.

Вывод один – запускать электродвигатель с изношенными подшипниками категорически нельзя. Своевременная диагностика и текущий ремонт увеличат ресурс агрегата в несколько раз.

Разрушение деталей двигателя влияет в первую очередь на его эффективность. Попутно будет наблюдаться повышенное тепловыделение и потребление электроэнергии.

Если говорить конкретно про асинхронные двигатели переменного тока, то в них контакт ротора со статором осуществляется только через подшипники, поэтому за их техническим состоянием нужно следить особенно внимательно, ведь они – основная причина всех механических неисправностей. Прочие поломки, названные выше, в том числе и трещины в корпусе двигателей случаются намного реже, хотя и такую возможность нужно всегда держать в голове.

Совет! Ремонт вала электродвигателей переменного тока без наличия должного опыта, умений и инструмента выполнить не представляется возможным, поэтому при обнаружении таких неисправностей следует задуматься о замене детали или обращении в мастерскую.

Процесс разборки электрического двигателя

После предварительной диагностики, которую мы описали, наступает момент разбора двигателя, чтобы окончательно убедиться в выявленных неисправностях, или продолжить проверку. Процесс не очень сложен, но стоит понимать, что прежде чем приступать к нему, нужно отыскать чертежи конкретной модели, ведь все они могут быть построены по-разному.

Однако у всех двигателей есть схожие черты, так что предлагаем вам ознакомиться с видео, в котором подробно описывается строение типового агрегата и выполняется его разборка.

Мы тоже распишем строение в общих чертах. Итак, вот краткая инструкция:

• Вал ротора оснащается подшипниками качения, которые запрессовываются на свои посадочные места, коими являются внутренние поверхности торцевых щитов.
• Сами щиты должны быть точно отцентрованы, для чего используется проточенная цилиндрическая кромка, которая совпадает по размерам с проточкой кожуха статора. Фиксируются торцевые щиты при помощи болтовых соединений.
• Перед началом разбора привод двигателя отсоединяется от ведомых устройств. Затем его снимают со станины и размещают на удобной для работы площадке.
• Снимается защитный кожух, скрывающий вентилятор, который также нужно отсоединить. Если он имеет стопор, то его нужно удалить, после чего поддеть деталь плоской отверткой и аккуратно поддеть.
• Следующий шаг – это снятие элемента, служащего для передачи механической энергии (шкив, фланец, шестерня и прочее).
• Перед дальнейшим разбором обязательно нужно керном сделать метки совпадения корпуса и боковых крышек, чтобы при сборке все встало на свои места.
• Далее откручиваются болты и снимаются с подшипников торцевые щиты при помощи специального съемника. Вообще методов снятия этих деталей существует достаточно много, ровно, как и приспособлений, предназначенных для этого, поэтому не поленитесь посмотреть больше информации об этом в интернете.

Теперь вы можете аккуратно извлечь ротор и приступить к ремонту. Если обнаружилось, что подшипник рассыпался, то его требуется заменить на новый. Если же отсутствует смазка или наблюдается чрезмерная загрязненность, то ограничиваемся «косметическими» мерами – убираем налипшую грязь и смазываем его.

Если установлены подшипники закрытого типа, то смазать их не получится и потребуется сразу осуществить замену. После технического обслуживания  двигатель собирается в обратной последовательности.

Электрические неисправности

Что делать, если двигатель не выдает заявленных оборотов, и проблема остается даже после замены подшипника?

Недостаточные обороты электродвигателя

Да, причина данного явления может заключаться в ведомой нагрузке, но с другой стороны, если подшипники двигателя свободного от нагрузки настолько загрязнены и изношены, что ротор попросту перестает нормально вращаться, такой эффект будет наблюдаться недолго. Трение и высокая температура буквально размажет сталь шарикоподшипников по сепараторному кольцу, что неизбежно приведет к заклиниванию вала.

Если же двигатель продолжает работать, не выдавая при этом нужной мощности, то неисправность следует искать уже не в механической, а электрической части двигателя.

• Первое, в чем нужно убедиться до разбора двигателя, соответствует ли качество напряжения необходимому. Если номинальное значение напряжения не выдается или оно сильно скачет, то двигателю банально не хватает питания.

• Далее проверяются контакты на контакторах пускателя. Если они работают при повышенном токе, то могут подгорать, из-за чего будет возникать падение напряжения.

Совет! Понимая вышеозвученное, становится ясным, что защита двигателя от перегрузки тока просто необходима, особенно там, где некачественное электропитание не редкость.

• Если происходит дребезг контактов, то ток может и вовсе прерываться.
• Проверить пускатель проще всего путем подключения к нему другого, заведомо исправного двигателя.

Это, что касается неполадок во внешних электрических цепях, но проблема может быть и в другом.

Падение оборотов двигателя из-за неполадок  во внутренней электросистеме

Исключая проблемы во внешне части силовой цепи, плавно переходим к диагностированию внутренних элементов, а именно, обмоток. Наша задача — узнать, нет ли нигде пробоев или обрывов. Для этого мы будем использовать обыкновенный мультиметр, который нужно перевести в режим измерения сопротивления.

• Берем щупы в руки, прикасаемся одним из них к корпусу статора, а вторым поочередно дотрагивается до выводов обмотки. При этом прибор должен показывать сопротивление согласно паспортным данным прибора. Если же высвечивается что-то около 0 Ом, то однозначно имеет место быть пробой – перетерлась изоляция и провод касается корпуса.
• Если сопротивление показывается, то смотрим по паспорту, насколько оно отлично от номинального. Вот вам небольшая таблица значений для лучшей ориентации в показаниях.

• Как же получается так, что изоляция вроде бы на месте, но ее значения снижаются? На это может влиять несколько факторов, например, повышенная влажность внутри двигателя или присутствие мелкой металлической стружки. Все это оказывает влияние на свойство диэлектриков проводить ток.
• Поврежденная изоляция может и не касаться корпуса, но за счет указанных факторов, часть тока утекает на него, снижая общую эффективность двигателя. Более того, использование прибора в таком режиме достаточно опасно, из-за высокого риска получить повреждение электрическим током.

Прозвонка самих обмоток

Далее нужно прозвонить сами обмотки двигателей переменного тока, чтобы выявить, нет ли у них обрыва.

• Если на одной из обмоток статора электродвигателя имеется обрыв, то он может не стартовать вовсе, при этом будет наблюдаться сильное гудение, которое прекратится лишь после срабатывания защиты, либо до тех пор, пока не перегорят оставшиеся катушки.
• Мы знаем, что обмотка в трехфазном двигателе может подключаться либо треугольником, либо звездой, формируя замкнутый в определенной последовательности контур. Прежде чем приступать к проверке асинхронного двигателя, вам потребуется отсоединить перемычки, формирующие такое соединение, что позволит прозвонить каждую из трех обмоток отдельно.
• Все измерения также выполняются мультиметром в режиме измерения сопротивления. Получаемые значения, если обмотка исправна, будут приближаться к нулю, что свидетельствует о беспрепятственном протекании тока.
• Если полученные измерения показывают высокое сопротивление, то где-то в обмотке имеется обрыв, и ток по ней не протекает.
• Далее измерения, полученные со всех катушек, сравниваются между собой – они должны быть одинаковыми, что справедливо и для двигателей постоянного тока. Если же вы видите различия, выходящие за пределы погрешности, то перед вами, так называемое межвитковое замыкание, о котором бы хотелось поговорить поподробнее.

Основная причина падения мощности электрического двигателя

Эффект межвиткового замыкания, наверное, самая частая причина падения мощности электродвигателя, и вычислить его не всегда просто, так как точности стандартных мультиметров  может не хватать для измерения сопротивления до десятых долей.

В таких случаях применяется дополнительное сопротивление реостата, которым формируют делитель напряжения вместе с обмоткой, совместно со стабилизированным источником питания, вольтметром и амперметром. Схема показана ниже.

По результатам измерений сравнивают полученные значения напряжений, которые, естественно, должны быть одинаковыми. Далее можно вычислить сопротивление при помощи указанной формулы на схеме, однако понять, что замыкание присутствует можно уже по показаниям вольтметра.

Данный способ не единственный. Если фазы равны, то межвитковое замыкание в работающем асинхронном двигателе можно вычислить, измеряя токи, протекающие в каждой фазе. Если двигатель подключен звездой, то на это будет указывать увеличенный ток в одной из фаз, тогда как при подключении треугольником ток вырастет в двух фазах.

Можно пойти и по народному методу:

• Из электрического двигателя вынимается ротор, после чего он устанавливается в горизонтальное положение.
• Внутрь помещается небольшой стальной шарик и на обмотки подают трехфазное пониженное напряжение в районе 40В, чтобы катушки выдержали нагрузку.
• Как только двигатель запустится, шарик начнет катиться по внутренней поверхности статора, следуя за вращением магнитного поля.
• Если вращение внезапно прекращается, и шарик примагничивается к одному месту, то данная точка будет указывать на точку замыкания между витками.

Как ремонтировать двигатель

Так, с диагностикой вроде бы все ясно, а вот как отремонтировать выявленные неисправности – непонятно.

Давайте обо всем по порядку:

• Начнем с механических повреждений. Главная опасность тут – это состояние подшипника качения. Как его менять, мы уже в принципе описали, но хотелось бы еще дать пару советов относительно его съемки и установки на место нового.
• Итак, применяется специальный съемник, который сможет создать достаточное усилие для снятия детали с вала ротора, однако имеется такое приспособление в наличии далеко не у всех. В качестве альтернативы можно применить обычные рожковые ключи.
• Ротор аккуратно зажимается в тисках, подшипником кверху так, чтобы под него можно было подсунуть с боков ключи (смотрите фото).

• Далее аккуратно поддевайте подшипник и за счет полученного рычага толкайте его вверх.
• Обратная установка также проста. Для этого вам потребуется втулка, свободно проходящая через вал, но дающая надежный упор в корпус подшипника. Деталь слегка подбивается чем-то не сильно тяжелым, пока не сядет на свое место.
• Если вы обнаружили, что выработалась посадочная площадка подшипника, или в корпусе двигателя имеется трещина, то эти детали должны быть полностью заменены на аналогичные.
• Разбитый ротор и вал также нуждаются в замене. Ставить на них новый подшипник не имеет смысла, так как деталь может быть разбалансирована и вызовет повторные поломки. Однако вал можно восстановить проточкой, что, однако, выполнимо только в мастерской на специальном оборудовании.

• Что касается поломок в электрической части, то тут все еще сложнее. Восстановление обмотки двигателя способен сделать только знающий человек. Однако надеяться на это сильно уж не стоит. Цена такого действа будет достаточно высокой, и намного проще и дешевле пойти и приобрести новую деталь заводского изготовления.
• Элементы внешней силовой цепи также меняются, но это сделать намного проще, так что справится любой человек, умеющий держать в руках отвертку.

Давайте подведем итог. По факту, электрический двигатель переменного тока не представляет собой сверхсложного устройства, и частично его можно ремонтировать даже без опыта подобных работ. Однако некоторые элементы, такие как обмотки электродвигателей переменного тока, подлежат только замене. Надеемся, материал был для вас полезен, всего хорошего!