Диагностирование короткозамкнутых обмоток роторов без разборки электродвигателей
В связи с возникновением в стержнях короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных электродвигателей дефектов, в условиях эксплуатации необходимо периодически проверять техническое состояние этих обмоток.
При обрывах стержней обмоток роторов увеличиваются время разгона и добавочные потери электродвигателей, уменьшаются КПД и коэффициент мощности, увеличиваются потребляемый ток и скольжение.
Наиболее вредное влияние на работу электродвигателей оказывает вибрация, возникающая вследствие обрыва стержней короткозамкнутой обмотки. В результате вибрация приводит к выходу электродвигателей из строя.
В технической литературе введено понятие коэффициента несимметрии, который для случая обрыва одного стержня.
Проведенные исследования влияния обрывов стержней на характеристики и вибрацию асинхронных электродвигателей показали, что для электродвигателей единых серий допускается обрыв не более одного стержня.
Внешними признаками наличия обрывов стержней электродвигателей являются повышенная вибрация и шум при работе, увеличивающиеся с ростом нагрузки. Характерным является и то, что вибрация и шум периодически изменяются с частотой, равной удвоенной частоте скольжения.
Стрелки амперметров, включенных в цепь питания электродвигателей с обрывами стержней короткозамкнутых обмоток роторов, также периодически колеблются из-за периодических изменений эффективных значении токов в фазах.
На практике применяют несколько способов определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов.
Способ измерения токов в обмотках статора при проворачивании ротора вручную позволяет установить наличие обрывов стержней в короткозамкнутых обмотках асинхронных электродвигателей. Согласно этому способу одну или две фазы обмотки статора электродвигателя включают на напряжение переменного тока, равное 10—15% номинального, и при медленном проворачивании ротора вручную измеряют ток в цепи питания (рис. 19).
Рис. 19. Схема для определения обрывов стержней короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей
Для определения изменения тока удобно использовать самопишущий амперметр. Следует отметить, что указанный способ более чувствителен к обрывам стержней при подаче напряжения на одну фазу обмотки, чем при подаче напряжения на две фазы. Если при вращении ротора ток в обмотке статора не изменяется, обрывы в стержнях обмотки ротора отсутствуют. Изменение тока при проворачивании ротора указывает на наличие обрыва стержней. В связи с тем, что изменение тока зависит от числа поврежденных стержней и их взаимного расположения, определить число оборванных стержней по отклонению стрелки амперметра трудно. После обнаружения факта наличия обрыва стержней электродвигатель подлежит разборке и точному установлению числа оборванных стержней.
Способ контроля стержней короткозамкнутых обмоток роторов 121 основан на использовании зависимости скольжения электродвигателей от числа оборванных стержней. При определении числа оборванных стержней в соответствии с этим способом измеряют скольжение электродвигателя при заданной нагрузке и температуре и полученную величину сравнивают с контрольной, измеренной на электродвигателе с ротором, не имеющим обрывов. Для использования этого способа необходимо иметь эталонные кривые зависимостей скольжения от нагрузки для конкретных типов электродвигателей, что ограничивает применение способа при эксплуатации электрооборудования.
Определение технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей единых серий, в связи со сравнительно легким доступом к электродвигателям, не вызывает трудностей. Для специальных электродвигателей, например, погружных, определение технического состояния короткозамкнутых обмоток традиционными способами является достаточно трудоемкой операцией. Так, для контроля электродвигатели погружных электронасосов необходимо было поднимать из скважины на поверхность. В связи с этим в Украинском филиале ГОСНИТИ было разработано два способа определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей, доступ к которым невозможен или затруднен.
Способ определения степени повреждения короткозамкнутых обмоток роторов погружных асинхронных электродвигателей основан на положении, что при неподвижном роторе, имеющем повреждение короткозамкнутой обмотки, ток в фазах зависит от положения ротора относительно статора.
У электродвигателей погружных насосов полюсное деление составляет 180°, в связи с чем при вращении ротора, имеющего дефекты обмоток, период изменения эффективного значения тока фазы соответствует половине оборота ротора. Изменение эффективного значения тока связано с изменением магнитного сопротивления фазы электродвигателя при изменении расположения дефектов обмотки ротора относительно обмотки статора, в которой измеряют ток. В погружных электродвигателях это изменение сравнительно большое. Так, при обрыве четырех расположенных рядом стержней при повороте ротора на один оборот эффективное значение тока изменяется на 42% средней величины.
Разработанный способ позволяет определить степень повреждения короткозамкнутых обмоток роторов без подъема погружных электродвигателей из скважины. Способ пригоден и для контроля других типов асинхронных электродвигателей, доступ к валам которых затруднен или невозможен. Для определения технического состояния стержней с помощью возбуждения фаз обмотки статора ротор электродвигателя поворачивают на определенные углы (шаговое вращение). После каждого поворота обмотку статора подключают к стабилизированному напряжению переменного тока и самопишущим амперметром записывают ток. Шаговое вращение продолжают до тех пор, пока ротор не сделает один оборот.
Рис. 20. Схема для определения степени повреждения короткозамкнутых обмоток роторов погружных электродвигателей
На рис. 20 изображена схема для определения повреждений короткозамкнутых обмоток роторов погружных электродвигателей. Для шагового перемещения ротора статор электродвигателя М включают в сеть переменного тока через диоды Д1, Д2 и Д3. Включением и выключением переключателей В1 и В2, которые включены последовательное диодами, осуществляется шаговое перемещение ротора. Для шагового перемещения ротора можно применять и другие схемы, например, с управляемыми вентилями. Измерительная часть схемы состоит из самопишущего амперметра А, регистрирующего ток через трансформатор тока Тm. После каждого перемещения ротора обмотки статора отключают от электрической сети, на два вывода электродвигателя выключателем В3 подают стабилизированное напряжение и амперметром А записывают значение тока в обмотках.
При отсутствии повреждений в короткозамкнутой обмотке ротора ток будет одинаковым при всех положениях ротора. Если короткозамкнутая обмотка ротора имеет обрывы стержней, ток будет зависеть от положения ротора относительно обмоток статора, при этом изменение тока будет тем больше, чем большее число стержней имеют повреждения. По изменению токов при разных положениях ротора в пределах одного оборота оценивают техническое состояние короткозамкнутой обмотки.
Степень повреждения обмотки ротора при локальном (местном) размещении дефектов определяют по формуле
где γ — степень повреждения обмотки, %; RR — коэффициент конструктивных особенностей электродвигателя; Iмакс, Iмин — наибольшее и наименьшее значения измеренных токов, А.
Экспериментальные данные показывают, что для погружных электродвигателей (RR = 1), обмотка ротора которых имеет 24 стержня, при обрыве двух γ = 9,8%, а при обрыве четырех γ = 28%. Допустимое значение у для этих электродвигателей составляет 10%.
Способ определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов, разработанный в Украинском филиале ГОСНИТИ для электродвигателей, доступ к валам которых затруднен или невозможен, позволяет определить число поврежденных стержней независимо от их взаимного расположения. Способ не требует остановки электродвигателя. Способ основан на определении связи между частотой модуляции токов электродвигателей, у которых короткозамкнутая обмотка имеет дефекты, и зависимостью скольжения электродвигателей от нагрузки и числа поврежденных стержней.
У электродвигателей, имеющих повреждение стержней, в связи с периодическим изменением магнитного сопротивления фаз во время вращения ротора, имеет место модуляция токов, потребляемых из электрической сети. Значение модуляции токов зависит от числа поврежденных стержней и от их взаимного расположения, а частота модуляции определяется только значением скольжения.
Рис. 21. Осциллограммы токов, потребляемых погружным электродвигателем ПЭДВ-8-140, при отсутствии обрывов стержней ротора (а) и при обрыве четырех стержней (б).
На рис. 21 показаны осциллограммы токов, потребляемых погружным электродвигателем для случаев, когда стержни ротора не имеют повреждений и при обрыве стержней. Значение скольжения электродвигателей зависит от нагрузки и состояния короткозамкнутых обмоток роторов (числа стержней с обрывами и ослаблениями). Скольжение электродвигателей увеличивается с увеличением числа поврежденных стержней. Зависимости скольжения погружных электродвигателей ПЭДВ-8-140 от потребляемой мощности для случаев, когда стержни не имеют обрывов и при обрыве двух, четырех и шести стержней ротора изображены на рис. 22.
Рис. 22. Зависимость скольжения электродвигателей ПЭДВ-8-140 от потребляемой мощности и состояния стержней короткозамкнутой обмотки ротора:
1 — обрывы стержней отсутствуют; 2 — при обрыве двух стержней; 3 — при обрыве четырех стержней; 4 — при обрыве шести стержней.
Из приведенных на рисунке кривых видно, что при определенной мощности при увеличении числа оборванных стержней скольжение увеличивается. Так, при потребляемой мощности 8 кВт при обрыве двух, четырех и шести стержней скольжение увеличивается соответственно на 8,17 и 41%. Заштрихованная часть рисунка отвечает допустимым значениям скольжения погружных электродвигателей ПЭДВ-8-140.
Схему для определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов с помощью описанного выше способа иллюстрирует рис. 23.
Рис. 23. Схема для определения технического состояния коротко-замкнутых обмоток роторов
У работающего от сети двигателя М измеряют потребляемую мощность ваттметром W и частоту модуляции тока прибором Hz. На графике (рис. 22) находится точка, соответствующая полученным результатам измерения. Если точка размещена в заштрихованной зоне, электродвигатель можно оставлять работать. В противном случае электродвигатель подлежит ремонту. Пользуясь кривыми рис. 22, по размещению точки можно определить число дефектных стержней короткозамкнутой обмотки ротора. Погружные электродвигатели, имеющие 24 стержня короткозамкнутой обмотки, допускают работу при обрыве не более двух стержней.
Для удобства пользования этим способом в условиях эксплуатации, целесообразно изготовить универсальную номограмму для определения допустимого числа оборванных стержней для всего диапазона мощностей определенного типа электродвигателей (например, погружных).
Ремонт электродвигателя. Обрыв обмотки, межвитковое замыкание, снижение сопротивления.
Поломки электрических машин подразделяется на 2 вида: механические и электрические. В этой статье описаны основные неисправности и способы их устранения в электрической части. А ниже небольшое видео с примером. Основные проблемы:
- Межвитковые замыкания в обмотках статора, ротора, основных полюсов или якоря;
- Обрыв обмотки;
- Пробой изоляции на корпус;
- Нарушение контактных соединений и разрушение соединений выполненных пайкой или сваркой;
- Недопустимое снижение сопротивления изоляции между обмотками, между обмотками и корпусом;
- Увлажнение изоляции.
Электрические повреждения частично могут определяться при внешнем осмотре, а для точной диагностики производят проверку измерительными приборами : мегометром, мультиметром.
Устранение электрических неисправностей электродвигателя
Открыв коробку двигателя вы увидите начала и концы обмоток. Европейское обозначение обмоток V, U, W, единицы — начала, двойками концы. Советское и русское: С1-С4 первая обмотка, С2-С5 вторая, а С3-С6 третья. Некоторые обозначают буквами A, B, C, но это уже отклонение от стандарта.
Если же вы открыли коробку и увидели там провода без ярлыков, маркерных надписей, то вам придется самим выяснить это. Возможно наша статья вам поможет — Как найти начало и конец обмотки электродвигателя.
Перед тестами откручиваем перемычки! На фото выше подключено звездой. Если у вас будет подключено схемой треугольник, то будет 3 параллельных перемычки.
Итак. Берем мультиметр и ставим в режим прозвонки. Для начала поставим один щуп на болт заземления, а вторым проверим каждую обмотку на замыкание на корпус.
Если есть сомнения, то ставим максимальное значение на мультиметре для сопротивления (2000к) и проверяем. Если все исправно, то на приборе должна отображаться единица, означающая бесконечность и невозможность выдать точное значение.
Как проверить обрыв в обмотках
Чтобы быстро определить есть ли обрыв внутри обмоток, нужно поставить щупы мультиметра на начало и конец каждой из обмоток в режиме прозвонки диодов. Если звука нет — обрыв.
Для определения замыкания между обмотками нужно постав щупы на начала обмоток (V1-U1, V1-W1, U1-W1). И аналогично проверить между концами. Если нет проблем, то прозваниваться не должно.
Ещё следует измерить между концом первой обмотки и началом второй (V2-U1), и аналогично с концом второй и началом третей (U2-W1), концом третей и началом первой (W2-V1). Объясню для чего. Если в какой-то обмотке есть обрыв, то эту неисправность не увидите, просто проверив между началами обмоток.
Если у вас в коробке всего 3 вывода, то между ними должно прозваниваться, так как там подключенную схему звезда/треугольник нельзя менять перемычками в коробке и уже все подключено внутри. Только остается ещё проверка на корпус и разбор для визуальной оценки.
Также стоит проверить сопротивление в каждой обмотке, поставив переключатель мультиметра на минимальное значение (200 Ом). Оно должно быть на всех примерно равным. Так проверяем сопротивление уже между витками. О нём ниже.
Как найти межвитковое замыкание
Если вы заметили, что работающий двигатель нагревается неравномерно, то есть одна часть корпуса нагрета сильнее, то это может также свидетельствовать о межвитковом замыкании. Но это не стопроцентный способ.
Для поиска межвиткового замыкания воспользуемся мегаомметром или мультиметром, переводим переключатель на 200 Ом. Ставим поочередно на каждую из обмоток и проверяем сопротивление. Если различие свыше 10-15% лучше отдать на перемотку.
Ток идет по пути наименьшего сопротивления. Когда часть витков исключается из работы, то на той катушке/обмотке сопротивление будет ниже.
Далее можно разобрать и оценить визуально катушки. Возможно даже так определить подгоревшие, оплавленные провода. Придется перематывать двигатель всыпных катушек.
Также можно провести замер тока на работающем электродвигателе. Для начала проверить напряжение, а затем замерить ток. При равном напряжении значение силы тока не должно различаться более чем на 15%.
Видео по поиску неисправностей электродвигателя
Надеюсь данная статья ответила на ваши вопросы. У нас есть статья — Механические неисправности электродвигателя. Если вас интересует как разобрать электродвигатель и устранить механические неисправности.
Как проверить ротор на межвитковое замыкание мультиметром
Электрические двигатели используются в огромном количестве бытовых и промышленных устройств, а также механизмов. Есть они в стиральных и швейным машинах, в болгарках и электродрелях, в столярных и токарных станках. Электрические силовые установки приводят в движение трамваи и троллейбусы. Независимо от размера и предназначения, практически все электродвигатели включают в свою конструкцию статор и ротор. Первый является неподвижной частью двигателя и представляет из себя проволочную обмотку, уложенную в корпус.
Ротор, который еще называют якорем, это подвижная, вращающаяся внутри статора часть. Существует несколько разновидностей роторов. Они бывают:
- короткозамкнутыми;
- фазными.
Конструкцию короткозамкнутого ротора составляют стальные листы, нанизанные на сердечник и образующие пазы-стержни. Свободное пространство пазов заполняется расплавленным алюминием или медью. С обеих сторон стержни замыкаются кольцами, которые называются короткозамыкающими. От этого и произошло название двигателя. Еще его называют «беличьей клеткой», сравнивая с колесом, куда помещают этих пушистых зверьков. Обычно такие роторы применяются в двигателях большой мощности.
Фазные роторы имеют обмотку, которая похожа на обмотку статора. Провода на концах такого якоря собирают в виде звезды, а концы соединяют с контактными кольцами. К кольцам подключают и токосъемные щетки. В статье речь пойдет о поиске межвиткового замыкания именно у фазного ротора.
Как правило, сам ротор не может сломаться или износиться. С течением времени лишь возникает необходимость замены токосъемных щеток. Но другая роторная неисправность, касающаяся работоспособности электродвигателя, действительно происходит довольно часто. Это межвитковое замыкание обмотки якоря, которое является причиной поломки почти половины электродвигателей.
Причины межвиткового замыкания у ротора
Есть несколько причин того, что проводка на витках ротора может замкнуть. Среди них:
- перегрев из-за высоких нагрузок;
- механическое повреждение обмотки;
- попадание влаги.
Превышение нагрузки на электродвигатель и последующий перегрев с замыканием может произойти, вследствие неправильной эксплуатации оборудования оператором. Нельзя превышать нагрузку на механизм, которая указана в технической документации. Поэтому всегда нужно внимательно читать инструкцию электробытовых устройств. На промышленных предприятиях такое тоже случается, но там работники проходят обучение, перед тем как их допустят к работе со станками и другими механизмами на электрической тяге.
Другой причиной превышения нагрузки может стать повреждение подшипников якоря. Они могут заклинить из-за заводского брака, износа или отсутствия смазки. Это значительно затруднит вращение и приведет к критическим перегрузкам. Кроме этого, помешать вращению ротора может попавшая в корпус грязь или твердый мусор, например, металлическая стружка. А также осколки сломавшейся детали внутри двигателя. Они могут не только затормозить ротор, но и повредить изоляцию обмотки, что также приведет к межвитковому замыканию.
Попадание воды внутрь двигателя само по себе опасно, так как это отличный проводник, который может привести к замыканию. Но, даже если этого не произойдет, высокая влажность вызовет коррозию, которая будет препятствовать вращению ротора. А это, как разобрались выше, приводит к перегреву из-за повышенных нагрузок и замыканию проводов.
Понять, что произошло замыкание витков катушки ротора можно по неустойчивой работе двигателя, искрению щеток и неравномерному нагреву корпуса. Также наблюдается снижение мощности и резкие скачки напряжения при включении устройства с замкнутым ротором в сеть. Это можно понять по миганию света в лампочке. Возможно, что появится запах горелой изоляции.
Даже при малейших сомнениях необходимо проверить ротор на замыкание. Иначе, это может привести к более серьезной поломке и двигателя, и всего механизма или машины. Один замкнувший участок приведет к перегреву, нарушению изоляции соседних витков и к более обширному замыканию. Поэтому двигатель с межвитковым замыканием на роторе долго не проработает.
Выявление межвиткового замыкания
Понять, что, возможно, произошло замыкание витков ротора, можно не только по звуку и запаху работающего двигателя, искрению на щетках и его неравномерному нагреву. Есть и другие способы определения этой неисправности. Правда, делается это на отключенном от сети электромоторе. Вот эти способы.
- визуальный осмотр якоря;
- замер нагрузки на каждой фазе ротора с использованием токоизмерительных клещей;
- использование специального тестера;
- применение самодельного дросселя;
- проверка с помощью мультиметра.
О проверке ротора на межвитковое замыкание мультиметром и пойдет речь дальше. Но перед этим, коротко разберем устройство и принцип работы мультиметра.
Мультиметр
Мультиметр — это устройство, предназначенное для измерения силы тока, потребляемого электроприбором, сопротивления проводника и напряжения электричества в сети. То есть в нем соединены омметр, амперметр и вольтметр. Прибор включает в себя два провода со штекерами на одном конце и с щупами или зажимами, на другом. Эти провода окрашены в красный и черный цвет. Штекер черного провода всегда вставляется в минусовое гнездо, обозначенное на корпусе мультиметра буквами «COM» или значком минус «–». Провод красного цвета подсоединяется к одному из двух оставшихся гнезд, в зависимости от того, что необходимо измерить.
На корпусе с электронной начинкой расположен вращающийся переключатель. С его помощью выставляется режим работы прибора и измеряемый предел. Информация о результатах замеров выводится на дисплей или цифровую шкалу со стрелкой. В зависимости от этого, мультиметры делят на два вида: цифровые и аналоговые. Цифровые устройства более современные и точно фиксируют показания, которые удобно считывать. Аналоговые мультиметры, хотя сейчас менее распространены, все же имеют некоторые положительные качества, среди которых профессионалы выделяют большую чувствительность к изменениям характеристик электромагнитного поля.
Прежде, чем приступать к проверке на межвитковое замыкание, необходимо разобрать двигатель и подготовить якорь к проверке.
Особенности разборки электродвигателя
Еще перед тем, как начинать пытаться извлечь ротор из электромотора, можно попробовать заменить щетки. Конечно это стоит делать, только если их состояние дает понять, что элементы отслужили свой срок. Ведь чрезмерное искренние, потеря мощности и запах жженой проводки могут быть следствием износа токосъемных щеток. И только после того, как их замена не принесла результатов, нужно браться за ротор со статором.
Разбирать двигатель нужно очень аккуратно, чтоб не повредить узлы и исправную обмотку. Рекомендуется обратить внимание на подбор отвертки, так как инструмент неподходящего размера может повредить головки болтов и придется приложить немало усилий, чтобы их выкрутить. Начинающим электрикам советуют фотографировать все этапы разбирания электронного устройства, чтобы потом не было проблем со сборкой двигателя. Тем более, что электрические двигатели часто устанавливаются в технически сложных изделиях со множеством различных крепежных элементов.
Подготовка ротора к проверке мультиметром
Закончив с извлечением ротора из электродвигателя, нужно его тщательно очистить. Для это используют ветошь, слегка смоченную в спирте, которой протирают ламели. Даже если нет посторонней грязи и влаги, то все равно будет присутствовать графитная пыль от щеток.
Если не провести тщательную очистку, как от влаги, так и от графитового налета, — это может сказаться на точности результатов, показав замыкание там, где его нет. Иногда, при сильном нагаре, советуют воспользоваться наждачной бумагой. Этого делать не стоит. Грубый абразив поцарапает ламели и может изменить геометрию коллектора. Щетки к такой поверхности будут очень долго притираться и усиленно изнашиваться. Лучше воспользоваться школьным ластиком. Он ведь специально сделан, чтобы стирать след карандаша, который оставляет стержень из графита.
После очистки якоря необходимо внимательно его осмотреть. Сначала обращают внимание, чтобы не было сильного нагара на ламелях. Затем ищут видимые следы короткого замыкания или порывы в витках катушки. Анализ прочности контактов — следующий этап осмотра. Проверяются все соединения проводов обмотки к ламелям на коллекторе. Если будут обнаружены следы горения или слишком большой износ коллектора – якорь можно сдать в металлолом. Серьезные повреждения отремонтировать сложно и проще купить новую деталь. Если же якорь кажется исправным, то нужно переходить к непосредственной проверке на межвитковое замыкание с помощью мультиметра.
Проверка ротора мультиметром
Процедура проверки ротора на межвитковое замыкание включает две стадии:
- определение наличия замыкания;
- обнаружение конкретного места замыкания.
Для установления самого факта наличия межвиткового замыкания, нужно установить мультиметр в режим прозвона. Для этого рукоятку переключателя устанавливают на символ динамика. Один щуп прикладывают к ламелям, а второй к корпусу обмотки якоря. Если раздастся звуковой сигнал, значит есть межвитковое замыкание. И нужно приступать к его поиску.
Чтобы найти конкретный участок обмотки, в котором произошло замыкание, мультиметр переводится в режим измерения сопротивления и выставляется предел в 200 Ом. Далее щупами измеряется сопротивление между обмотками, находящимися по соседству. Затем тестируются ламели. На исправном якоре все показания сопротивления должны быть одинаковыми. В замкнутой части обмотки сопротивление будет стремиться к нулю.
Ремонт или замена якоря
После того, как факт межвиткового замыкания установлен, нужно принять решение о ремонте или замене якоря. Можно отдать его на перемотку или сделать это самостоятельно. Но большинство предпочитают более простой вариант — покупают новый ротор. Независимо от того, какой вариант выбран, при установке якоря на штатное место, необходимо заменить щетки. Стоят они недорого, а после замены будет уверенность в их качестве.
