Базовые знания об электродвигателях.

1. Введение в электродвигатели

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Он использует находящуюся под напряжением катушку (т.е. статорную обмотку) для создания вращающегося магнитного поля, которое воздействует на ротор (например, короткозамкнутый ротор с алюминиевой рамой), создавая магнитоэлектрический вращающий момент.

Электродвигатели делятся на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока в зависимости от используемых источников питания. Большинство двигателей в энергосистеме являются двигателями переменного тока, которые могут быть синхронными или асинхронными (скорость вращения статора двигателя не синхронизируется со скоростью вращения ротора).

Электродвигатель в основном состоит из статора и ротора, а направление силы, действующей на провод под напряжением в магнитном поле, связано с направлением тока и направлением линии магнитной индукции (направлением магнитного поля). Принцип работы электродвигателя основан на воздействии магнитного поля на силу, действующую на ток, что приводит к вращению двигателя.

2. Разделение электродвигателей

① Классификация по типу источника питания

В зависимости от источника питания электродвигатели можно разделить на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока. Двигатели переменного тока, в свою очередь, делятся на однофазные и трехфазные.

② Классификация по структуре и принципу действия

Электродвигатели можно разделить на двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели и синхронные двигатели в зависимости от их конструкции и принципа работы. Синхронные двигатели также можно разделить на синхронные двигатели с постоянными магнитами, синхронные двигатели с реактивным сопротивлением и синхронные двигатели с гистерезисом. Асинхронные двигатели можно разделить на индукционные двигатели и двигатели с коммутатором переменного тока. Индукционные двигатели, в свою очередь, делятся на трехфазные асинхронные двигатели и асинхронные двигатели с экранированными полюсами. Двигатели с коммутатором переменного тока также делятся на однофазные двигатели с последовательным возбуждением, двигатели переменного и постоянного тока двойного назначения и двигатели с отталкивающим возбуждением.

③ Классификация по режиму запуска и режиму работы

Электродвигатели можно разделить на однофазные асинхронные двигатели с конденсаторным пуском, однофазные асинхронные двигатели с конденсаторным приводом, однофазные асинхронные двигатели с конденсаторным пуском и двухфазные однофазные асинхронные двигатели в зависимости от режима пуска и работы.

④ Классификация по назначению

Электродвигатели можно разделить на приводные и управляющие в зависимости от их назначения.

Электродвигатели для привода подразделяются, в свою очередь, на электроинструменты (включая сверлильные, полировальные, шлифовальные, долбежные, режущие и расширяющие инструменты), электродвигатели для бытовой техники (включая стиральные машины, электрические вентиляторы, холодильники, кондиционеры, магнитофоны, видеомагнитофоны, DVD-проигрыватели, пылесосы, фотоаппараты, электрические воздуходувки, электробритвы и т. д.) и другое общее малогабаритное механическое оборудование (включая различные малогабаритные станки, малогабаритную технику, медицинское оборудование, электронные приборы и т. д.).

Управляющие двигатели подразделяются, в свою очередь, на шаговые двигатели и серводвигатели.
⑤ Классификация по конструкции ротора

В зависимости от конструкции ротора электродвигатели можно разделить на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (ранее известные как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором) и асинхронные двигатели с обмоточным ротором (ранее известные как асинхронные двигатели с обмоточным ротором).

⑥ Классификация по скорости работы

В зависимости от рабочей скорости электродвигатели можно разделить на высокоскоростные, низкоскоростные, двигатели постоянной скорости и двигатели переменной скорости.

⑦ Классификация по защитной форме

а. Открытый тип (например, IP11, IP22).

За исключением необходимой опорной конструкции, двигатель не имеет специальной защиты вращающихся и токоведущих частей.

б. Закрытый тип (например, IP44, IP54).

Вращающиеся и подвижные части внутри корпуса двигателя нуждаются в необходимой механической защите для предотвращения случайного контакта, но это не должно существенно препятствовать вентиляции. Защитные двигатели подразделяются на следующие типы в зависимости от их вентиляционных и защитных конструкций.

ⓐ Тип покрытия: сетчатое.

Вентиляционные отверстия двигателя закрыты перфорированными крышками, чтобы предотвратить контакт вращающихся и токоведущих частей двигателя с внешними объектами.

ⓑ Защита от капель.

Конструкция вентиляционного отверстия двигателя предотвращает прямое попадание вертикально падающих жидкостей или твердых частиц внутрь двигателя.

ⓒ Защита от брызг.

Конструкция вентиляционного отверстия двигателя предотвращает попадание жидкостей или твердых частиц внутрь двигателя в любом направлении в пределах вертикального угла до 100°.

ⓓ Закрыто.

Конструкция корпуса двигателя может препятствовать свободному воздухообмену внутри и снаружи корпуса, но не требует полной герметизации.

ⓔ Водонепроницаемый.
Конструкция корпуса двигателя предотвращает попадание воды под определенным давлением внутрь двигателя.

ⓕ Водонепроницаемый.

При погружении двигателя в воду конструкция корпуса предотвращает попадание воды внутрь двигателя.

ⓖ Стиль прыжка в воду.

Электродвигатель способен длительное время работать в воде при номинальном давлении воды.

ⓗ Взрывозащищенный.

Конструкция корпуса двигателя достаточна для предотвращения распространения взрыва газа внутри двигателя наружу, что могло бы привести к взрыву горючего газа за пределами двигателя. Официальный аккаунт «Литература по машиностроению», автозаправочная станция инженера!

⑧ Классификация по методам вентиляции и охлаждения

а. Самоохлаждение.

Электродвигатели охлаждаются исключительно за счет поверхностного излучения и естественного воздушного потока.

б. Вентилятор с автоохлаждением.

Электродвигатель приводится в движение вентилятором, который подает охлаждающий воздух для охлаждения поверхности или внутренней части двигателя.

c. Он охлаждался вентилятором.

Вентилятор, подающий охлаждающий воздух, приводится в движение не самим электродвигателем, а независимым приводом.

d. Тип вентиляции: трубопроводная.

Охлаждающий воздух подается или отводится не напрямую снаружи или изнутри двигателя, а через трубопроводы. Вентиляторы для вентиляции трубопроводов могут быть самоохлаждаемыми или с вентиляторным охлаждением.

т. Жидкостное охлаждение.

Электродвигатели охлаждаются жидкостью.

f. Газоохлаждение по замкнутому контуру.

Охлаждающая среда для охлаждения двигателя циркулирует по замкнутому контуру, включающему двигатель и охладитель. Охлаждающая среда поглощает тепло при прохождении через двигатель и выделяет тепло при прохождении через охладитель.
g. Поверхностное и внутреннее охлаждение.

Охлаждающая среда, которая не проходит через внутреннюю часть проводника двигателя, называется поверхностным охлаждением, а охлаждающая среда, которая проходит через внутреннюю часть проводника двигателя, называется внутренним охлаждением.

⑨ Классификация по форме монтажной конструкции

Тип установки электродвигателей обычно обозначается соответствующими кодами.

Код обозначается аббревиатурой IM (international installation — международная установка).

Первая буква в аббревиатуре IM обозначает код типа установки: B означает горизонтальную установку, а V — вертикальную установку;

Вторая цифра обозначает код характеристики, представленный арабскими цифрами.

⑩ Классификация по уровню теплоизоляции

Уровень А, уровень Е, уровень В, уровень Ф, уровень Н, уровень С. Классификация уровней изоляции двигателей приведена в таблице ниже.

⑪ Классифицировано по установленному количеству рабочих часов

Система непрерывной, прерывистой и краткосрочной работы.

Система непрерывного режима работы (SI). Двигатель обеспечивает длительную работу при номинальных значениях, указанных на паспортной табличке.

Кратковременная работа (S2). Двигатель может работать только в течение ограниченного периода времени, не превышающего номинальную мощность, указанную на паспортной табличке. Существует четыре стандарта продолжительности кратковременной работы: 10 мин, 30 мин, 60 мин и 90 мин.

Система прерывистого режима работы (S3). Двигатель может работать только в прерывистом и периодическом режиме при номинальном значении, указанном на паспортной табличке, выраженном в процентах от 10 минут цикла. Например, FC=25%; Среди них системы S4–S10 относятся к нескольким системам прерывистого режима работы в различных условиях.

9.2.3 Распространенные неисправности электродвигателей

В процессе длительной эксплуатации электродвигатели часто выходят из строя из-за различных неисправностей.

Если передача крутящего момента между соединителем и редуктором велика, соединительное отверстие на поверхности фланца подвергается сильному износу, что увеличивает зазор в соединении и приводит к нестабильной передаче крутящего момента; износ подшипникового узла, вызванный повреждением подшипника вала двигателя; износ между головками вала и шпоночными пазами и т. д. После возникновения таких проблем традиционные методы в основном сосредоточены на ремонтной сварке или механической обработке после нанесения щеточного покрытия, но оба метода имеют определенные недостатки.

Термическое напряжение, возникающее при высокотемпературной ремонтной сварке, не может быть полностью устранено, что делает материал склонным к изгибу или разрушению; однако, гальваническое покрытие ограничено толщиной покрытия и склонно к отслаиванию, и оба метода используют металл для ремонта, что не может изменить соотношение «твердое к твердому». Под совместным действием различных сил это все равно приведет к повторному износу.

В современных западных странах для решения этих проблем часто используются полимерные композитные материалы в качестве методов ремонта. Применение полимерных материалов для ремонта не влияет на термические напряжения при сварке, и толщина ремонтируемого участка не ограничена. В то же время металлические материалы в изделии не обладают гибкостью, необходимой для поглощения ударов и вибрации оборудования, что исключает возможность повторного износа и продлевает срок службы компонентов оборудования, значительно сокращая время простоя для предприятий и создавая огромную экономическую выгоду.
(1) Явление неисправности: Двигатель не запускается после подключения

Причины и способы их устранения следующие.

① Ошибка в проводке обмотки статора – проверьте проводку и устраните ошибку.

② Обрыв цепи в обмотке статора, короткое замыкание на массу, обрыв цепи в обмотке двигателя с обмоткой ротора – определить место неисправности и устранить ее.

③ Чрезмерная нагрузка или заклинивание механизма трансмиссии – проверьте механизм трансмиссии и нагрузку.

④ Обрыв цепи в роторной цепи двигателя с обмоточным ротором (плохой контакт между щеткой и контактным кольцом, обрыв цепи в реостате, плохой контакт в выводе и т. д.) – определить место обрыва и устранить его.

⑤ Напряжение питания слишком низкое – проверьте причину и устраните ее.

⑥ Обрыв фазы электропитания – проверьте цепь и восстановите трехфазное питание.

(2) Явление неисправности: Слишком сильное повышение температуры двигателя или дымление

Причины и способы их устранения следующие.

① Перегрузка или слишком частые запуски – уменьшите нагрузку и сократите количество запусков.

② Потеря фазы во время работы – проверьте цепь и восстановите трехфазное соединение.

③ Ошибка в проводке обмотки статора – проверьте проводку и исправьте ее.

④ Обмотка статора заземлена, и между витками или фазами произошло короткое замыкание – определите место заземления или короткого замыкания и устраните его.

⑤ Обрыв обмотки ротора – замените ротор.

⑥ Отсутствие фазы в обмотке ротора – выявление места неисправности и ее устранение.

⑦ Трение между статором и ротором – Проверьте подшипники и ротор на наличие деформаций, отремонтируйте или замените их.

⑧ Плохая вентиляция – проверьте, нет ли препятствий для вентиляции.

⑨ Слишком высокое или слишком низкое напряжение – выясните причину и устраните ее.

(3) Явление неисправности: чрезмерная вибрация двигателя

Причины и способы их устранения следующие.

① Несбалансированный ротор – выравнивающая балансировка.

② Несбалансированный шкив или изогнутый вал – проверьте и устраните проблему.

③ Двигатель не выровнен по оси нагрузки – проверьте и отрегулируйте ось устройства.

④ Неправильная установка двигателя – проверьте крепежные и фундаментные винты.

⑤ Внезапная перегрузка – уменьшите нагрузку.

(4) Явление неисправности: Ненормальный звук во время работы
Причины и способы их устранения следующие.

① Трение между статором и ротором – Проверьте подшипники и ротор на наличие деформаций, отремонтируйте или замените их.

② Поврежденные или плохо смазанные подшипники – замените и очистите подшипники.

③ При обрыве фазы двигателя необходимо проверить точку обрыва цепи и устранить проблему.

④ Столкновение лопасти с корпусом – проверка и устранение неисправностей.

(5) Явление неисправности: Скорость двигателя слишком низкая при нагрузке

Причины и способы их устранения следующие.

① Напряжение питания слишком низкое – проверьте напряжение питания.

② Чрезмерная нагрузка – проверьте нагрузку.

③ Обрыв обмотки ротора – замените ротор.

④ Плохой или нарушенный контакт одной из фаз группы проводов обмотки ротора – проверьте давление щеток, контакт между щеткой и контактным кольцом, а также обмотку ротора.
(6) Явление неисправности: Корпус двигателя находится под напряжением

Причины и способы их устранения следующие.

① Плохое заземление или высокое сопротивление заземления – Подключите заземляющий провод в соответствии с правилами, чтобы исключить неисправности, связанные с плохим заземлением.

② Обмотки влажные – подвергнуты сушке.

③ Повреждение изоляции, столкновение проводов – Очистка изоляции методом погружения в краску, повторное подключение проводов. 9.2.4 Порядок эксплуатации двигателя

① Перед разборкой продуйте поверхность двигателя сжатым воздухом, чтобы удалить пыль, и протрите её насухо.

② Выберите место для разборки двигателя и очистите окружающую среду.

③ Знание конструктивных характеристик и технических требований к техническому обслуживанию электродвигателей.

④ Подготовьте необходимые инструменты (включая специальные инструменты) и оборудование для разборки.

⑤ Для более глубокого понимания дефектов в работе двигателя, при наличии соответствующих условий, перед разборкой можно провести контрольное испытание. С этой целью двигатель испытывают под нагрузкой, детально проверяя температуру, звук, вибрацию и другие параметры каждой его части. Также проверяют напряжение, ток, скорость и т.д. Затем нагрузку отключают и проводят отдельное испытание холостого хода для измерения тока и потерь холостого хода, после чего записывают результаты. Официальный аккаунт «Литература по машиностроению», инженерная заправка!

⑥ Отключите электропитание, отсоедините внешнюю проводку двигателя и сохраните записи.

⑦ Выберите подходящий вольтметр-мегомметр для измерения сопротивления изоляции двигателя. Чтобы сравнить значения сопротивления изоляции, измеренные во время последнего технического обслуживания, и определить тенденцию изменения изоляции и ее состояние, значения сопротивления изоляции, измеренные при разных температурах, следует перевести в значения для одной и той же температуры, обычно это 75 ℃.

⑧ Проверьте коэффициент поглощения K. Если коэффициент поглощения K > 1,33, это означает, что изоляция двигателя не повреждена влагой или степень влажности невысока. Для сравнения с предыдущими данными также необходимо перевести коэффициент поглощения, измеренный при любой температуре, на значения при той же температуре.

9.2.5 Техническое обслуживание и ремонт электродвигателей

При работе двигателя или возникновении неисправностей существует четыре метода предотвращения и своевременного устранения неполадок: осмотр, прослушивание, обоняние и осязание, что обеспечивает безопасную работу двигателя.

(1) Смотрите

Обратите внимание на возможные отклонения в работе двигателя, которые проявляются преимущественно в следующих ситуациях.

① При коротком замыкании обмотки статора из двигателя может идти дым.

② При сильной перегрузке двигателя или нарушении фазовой синхронизации скорость снижается, и появляется сильный «жужжащий» звук.

③ Когда двигатель работает нормально, но внезапно останавливается, в местах неплотного соединения могут появляться искры; это может быть признаком перегорания предохранителя или заклинивания компонента.

④ Если двигатель сильно вибрирует, это может быть вызвано заклиниванием передающего устройства, плохой фиксацией двигателя, ослабленными анкерными болтами и т. д.

⑤ Если на внутренних контактах и ​​соединениях двигателя наблюдаются изменения цвета, следы ожогов и дыма, это может указывать на локальный перегрев, плохой контакт в местах соединения проводников или перегорание обмоток.

(2) Слушайте

В нормальном режиме работы двигатель должен издавать равномерный и легкий «жужжащий» звук, без каких-либо других шумов или посторонних звуков. Если издается слишком много шума, включая электромагнитный шум, шум подшипников, шум вентиляции, шум механического трения и т. д., это может быть предвестником или признаком неисправности.

① Если двигатель издает громкий и сильный звук из-за электромагнитных помех, этому может быть несколько причин.

а. Воздушный зазор между статором и ротором неравномерный, и звук колеблется от высоких частот к низким с одинаковым интервалом времени между высокими и низкими звуками. Это вызвано износом подшипников, из-за которого статор и ротор не соосны.

b. Трехфазный ток несбалансирован. Это происходит из-за неправильного заземления, короткого замыкания или плохого контакта трехфазной обмотки. Если звук очень глухой, это указывает на сильную перегрузку двигателя или его работу в противофазе.

c. Ослабление крепления железного сердечника. Вибрация двигателя во время работы приводит к ослаблению крепежных болтов железного сердечника, что, в свою очередь, вызывает отслоение листа кремниевой стали, из которого изготовлен сердечник, и появление шума.

② Что касается шума подшипника, его следует часто контролировать во время работы двигателя. Метод контроля заключается в том, чтобы прижать один конец отвертки к месту крепления подшипника, а другой конец поднести к уху, чтобы услышать звук работы подшипника. Если подшипник работает нормально, его звук будет представлять собой непрерывный и тихий «шуршащий» звук без каких-либо колебаний высоты или звука трения металла. Если появляются следующие звуки, это считается неисправностью.

а. При работе подшипника слышен «скрип», это звук трения металла, обычно вызванный недостатком масла в подшипнике. Подшипник следует разобрать и залить в него соответствующее количество смазки.

б. Если слышен «скрип», это звук, издаваемый при вращении шарика, обычно вызванный высыханием смазки или недостатком масла. Можно добавить соответствующее количество смазки.

c. Если слышен «щелкающий» или «скрипящий» звук, это звук, возникающий из-за нерегулярного движения шарика в подшипнике, вызванного повреждением шарика в подшипнике или длительной эксплуатацией двигателя, а также высыханием смазочной смазки.

③ Если передающий и приводной механизмы издают непрерывные, а не колеблющиеся звуки, то с ними можно справиться следующими способами.

а. Периодические «щелкающие» звуки возникают из-за неравномерной работы ремней безопасности.

б. Периодический «стук» возникает из-за ослабленного соединения или шкива между валами, а также из-за износа шпонок или шпоночных пазов.

c. Неравномерный звук столкновения возникает из-за удара лопастей вентилятора о защитный кожух.
(3) Запах

По запаху двигателя можно также выявить и предотвратить неисправности. Если ощущается специфический запах краски, это указывает на слишком высокую внутреннюю температуру двигателя; если ощущается сильный запах гари или горелого, это может быть связано с разрушением изоляционного слоя или перегоранием обмотки.

(4) Касание

Ощущение температуры отдельных частей двигателя также может помочь определить причину неисправности. Для обеспечения безопасности следует прикасаться к окружающим частям корпуса двигателя и подшипникам тыльной стороной ладони. Если обнаружены отклонения от нормы температуры, этому может быть несколько причин.

① Плохая вентиляция. Например, отсоединение вентилятора, засорение вентиляционных каналов и т. д.

② Перегрузка. Вызывает чрезмерный ток и перегрев обмотки статора.

③ Короткое замыкание между обмотками статора или дисбаланс трехфазного тока.

④ Частые запуски или торможения.

⑤ Если температура вокруг подшипника слишком высока, это может быть вызвано повреждением подшипника или недостатком масла.