Содержание
Мелкосерийное литье изделий из пластика на термопластавтоматах
Узнать цену!
§ 4.5. АСИНХРОННАЯ МАШИНА ПРИ ВРАЩЕНИИ РОТОРА
Направление вращения ротора. Вращающийся поток, создаваемый током обмотки статора, индуктирует в проводниках обмотки ротора э. д. с. Если обмотка ротора замкнута, проходящий по ней ток взаимодействует с магнитным полем машины, вследствие чего возникает электромагнитная сила fa, стремящаяся повернуть ротор и статор в противоположные направления.
Определим направление действия электромагнитной силы. На рис. 4.32, а линиями магнитной индукции условно показан поток, создаваемый обмоткой статора. Направление вращения потока показано стрелкой п. При вращении магнитный поток пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Обмотка ротора замкнута, поэтому э. д. с. вызывает ток (рис. 4.32, б). Пользуясь правилом левой руки, определяем, что электромагнитная сила fa направлена в сторону вращения потока статора (рис. 4.32, а и в). Если момент сопротивления меньше момента вращения, то ротор начинает вращаться (магнитный поток как бы увлекает за собой ротор).
Магнитный поток проходит в основном по стальным зубцам. Поэтому электромагнитные силы, поворачивающие ротор, действуют не непосредственно на проводники обмотки, а на зубцы ротора.
Электродвижущая сила и сопротивления обмотки ротора. При вращении ротор асинхронного двигателя отстает от магнитного
Рис. 4.32. Возникновение электромагнитного вращающего момента: а — поток статора и индуктируемые им э. д. с. ротора; б — поле, создаваемое токами обмотки ротора; в — направление электромагнитной силы
потока статора. Величина, характеризующая отставание вращающегося ротора от потока статора, называется скольжением:
Обычно у двигателей общего применения при номинальном режиме скольжение s = 0,02÷0,04. У мощных двигателей скольжение еще меньше (порядка 0,01). Следовательно, скорость вращения асинхронных двигателей общего применения близка к синхронной.
Скорость вращения потока статора относительно вращающегося ротора равна
С учетом формул (4.44) и (4.43) частота э. д. с. и тока ротора
Частота f 2 и скорость n2 являются частотой и скоростью скольжения. Согласно (4.38,а) и (4.45) э. д. с, индуктируемая в обмотке ротора при скольжении s, равна
Индуктивное сопротивление обмотки ротора при скольжении
Если не учитывать вытеснения тока, активное сопротивление ротора не зависит от скольжения, т. е.
Магнитодвижущие силы обмоток ротора и статора. Из выражения (4.44) следует, что скорость вращения ротора относительно неподвижного статора
Скорость вращения м. д. с. ротора относительно неподвижного статора равна сумме скоростей вращения м. д. с. относительно ротора и вращения ротора относительно статора
Из (4.49) следует, что м. д. с, создаваемая обмоткой ротора, вращается в ту же сторону и с той же скоростью, как и м. д. с. статора. Поэтому м. д. с. обмоток ротораи статора неподвижны друг относительно друга. В результате этого оказывается возможным их постоянное взаимодействие при любом скольжении s, благодаря чему при вращении асинхронной машины сохраняется равенство (3.4).
Синхронное вращение, генераторный и тормозной режимы. Если при помощи внешнего приводного двигателя увеличить скорость вращения асинхронной машины, то ее скольжение уменьшается, а поэтому уменьшаются э. д. с. и ток обмотки ротора. Это в свою очередь приводит к уменьшению электромагнитного вращающего момента. При достижении синхронной скорости вращения скольжение s равно нулю. В этом случае обмотка ротора и поток машины неподвижны относительно друг друга. В результате в обмотке ротора не индуктируется э. д. с. и нет тока, поэтому машина не развивает вращающего момента.
Если скорость вращения ротора увеличить выше синхронной, то скольжение s становится отрицательным, а проводники обмотки ротора пересекают поток в обратном направлении, так как теперь они вращаются быстрее потока. Поэтому э. д. с, индуктируемая в проводниках, а следовательно, и ток ротора, меняют направление на обратное. Вследствие этого электромагнитный момент на валу машины становится тормозным, и асинхронная машина переходит в генераторный режим, отдавая в сеть активную мощность. Намагничивающий ток Iμ, необходимый для создания магнитного потока, как и в двигательном режиме, поступает из сети в обмотку статора.
Асинхронная машина может работать в генераторном режиме изолированно от общей питающей сети, что оказывается возможным при включении параллельно обмотке статора статических конденсаторов С (рис. 4.33). В этом случае вследствие остаточного магнетизма при вращении ротора может начаться процесс самовозбуждения асинхронного генератора.
При неподвижном роторе скольжение s = 1. Если ротор асинхронного двигателя вращать в сторону, противоположную направлению момента, то скольжение s становится больше единицы. В этом случае момент, создаваемый асинхронным двигателем, направлен против вращения. Такой режим называется тормозньим. Обычно при тормозном режиме в цепь фазного ротора включают реостат. В этом режиме энергия расходуется только на нагрев обмоток
Рис. 4.33. Схема соединения асинхронного генератора с самовозбуждением
и реостата при его включении в цепь ротора. Основным режимом работы асинхронной машины является двигательный.
Таким образом, асинхронная машина работает при l>s>0 в двигательном режиме, при 0>s> —∞ в генераторной режиме и при ∞>s>l в режиме электромагнитного тормоза.
Системы уравнений, векторная диаграмма, схема замещения. Системы уравнений (3.8, в) и (3.9, в) для короткозамкнутой асинхронной машины при вращении ротора с учетом уравнений (4.39) — (4.47) имеют следующий вид:
где хms — сопротивление намагничивающего контура, отнесенное к обмотке ротора.
Уравнения контура ротора, имеющего частоту f2, обычно приводят к частоте f1 питающей сети. Для этого согласно (4.45) вторые уравнения систем (4.50) и (4.51) следует разделить на скольжение s. Тогда учитывая, что
Системам уравнений асинхронной машины при вращении ротора (4.52) и, (4.53) соответствует схема замещения (рис. 4.34, а), которую часто называют Т-образной. Аналогично схеме замещения трансформатора (см. рис. 3.10, б) в цепь намагничивания схемы замещения асинхронной машины (рис. 4.34, а) включено сопротив-
ление rт, учитывающее потери мощности в контурах стали магнитопровода.
Системе уравнений (4.52) соответствует векторная диаграмма (рис. 4.35).
Сравнивая системы уравнений, схемы замещения и векторные диаграммы при вращении и при неподвижном роторе асинхрон-
Рис. 4.34. Схема замещения асинхронного двигателя: а — нормальная (Т-образная); б — с вынесенным намагничивающим контуром (Г-образная)
Схема замещения с вынесенным намагничивающим контуром.
При анализе процессов в асинхронной машине удобнее пользоваться схемой замещения, в которой намагничивающий и рабочий контуры, соединены параллельно. Для получения такой схемы определим из схемы, представленной на рис. 4.34, а, токи асинхронной машины:
В практических расчетах при определении коэффициента с1 обычно пренебрегают активными сопротивлениями, т. е. принимают
Из (4.55) с учетом (4.56, а) имеем
Подставляя последнее выражение в (4.54, а), получаем для приведенного тока ротора
С учетом выражений (4.54) и (4.57) получаем
Рис. 4.35. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
где Iс — ток синхронного вращения.
Уравнению (4.58) соответствует схема замещения, приведенная на рис. 4.34, б, в которой намагничивающий контур вынесен на первичные зажимы. Такую схему называют Г-образной.
Круговая диаграмма. Как видно из уравнений (4.58) и схемы замещения (рис. 4.34, б), асинхронная машина может быть представлена двумя независимыми друг от друга ветвями — рабочего и намагничивающего контуров, которые присоединены параллельно
терями в стали и в первичной оомотке, а индуктивная составляющая определяется током намагничивания.
Ветвь рабочего контура содержит постоянное индуктивное сопротивление и переменное активное, которое зависит от скольжения s. Из теории переменных токов известно, что геометрическим местом конца вектора тока такой цепи является окружность (рис. 4,36, б), диаметр которой равен отношению напряжения к индуктивному сопротивлению. Согласно второму члену уравнения (4.58) диаметр окружности для приведенного тока ротора равен
Диаметр круга тока, выраженный в мм, равен
где mI — масштаб тока, а/мм.
Масштаб тока удобно выбирать таким образом, чтобы D равнялся 150÷200 мм.
Рис. 4.36. Построение круговой диаграммы асинхронной машины: а — векторная диаграмма контура намагничивания; б — векторная диаграмма рабочего контура; в — круговая диаграмма асинхронной машины
перемещается вверх от точки H0. При неподвижном роторе (s = 1) концом вектора тока является точка К, ее называют точкой короткого замыкания, так как она соответствует режиму короткого замыкания асинхронного двигателя. При теоретической бесконечно большой скорости вращения ротора (s = ± ∞) концом вектора тока является точка Т.
Построение круговой диаграммы по данным опыта холостого хода и короткого замыкания. Если расчетные значения сопротивлений асинхронной машины неизвестны, то можно приближенно провести построение круговой диаграммы по двум опытным точкам: точке холостого хода Н, полученной из опыта холостого хода, и точке короткого замыкания К, полученной из опыта короткого замыкания. При этом пренебрегают различием между током синхронного хода Iс и действительным током холостого хода I0 и принимают угол поворота γ диаметра окружности равным 0,
Опыт холостого хода производится при вращающемся асинхронном двигателе без нагрузки на валу. Принимается, что в этом случае ток I0 двигателя практически равен току синхронного хода Iс. Опыт производится при номинальном напряжении Uн. Измеряют ток I0 и мощность Р0. По данным опыта определяют угол φ0 из условия
Опыт короткого замыкания производится при неподвижном роторе. Вначале двигатель подключают на напряжение, равное 15÷20% номинального, а затем напряжение поднимают до номинального и быстро производят измерение тока Iк и мощности Рк. По данным опыта определяют активное сопротивление короткого замыкания rк и угол φк:
Из точки Н параллельно оси абсцисс 0α, проводят линию HC. Из середины прямой НК проводят перпендикуляр MO1. Точка пересечения перпендикуляра с прямой НС является центром окружности токов диаграммы. Положение на диаграмме точки T определяют по tgα∞ = сr1, где с — коэффициент пропорциональности. Так как для точки К tgα1 = сrк, то получаем
Отрезок КК2 делят пропорционально r1 и rк. Через точку K1 проводят прямую НК1. Ее пересечение с окружностью токов определяет положение точки Т. Сопротивление r1 определяют измерением на постоянном токе. Сопротивление rк находят из опыта короткого замыкания.
Рис. 4.37. Построение круговой диаграммы по опытным данным
1. Как можно изменить направление вращения асинхронного двигателя? Как изменится направление вращения двигателя, если одновременно к поочередно поменять местами все три питающие выводы обмотки статора?
2. С какой скоростью м. д. с. обмоток статора и ротора вращаются относительно статора? С какой скоростью м. д. с. обмоток статора и ротора вращаются относительно ротора?
3. Какому режиму соответствует скольжение s=0? Почему при s=0 асинхронная машина не развивает вращающего момента?
4. В каких участках стали возникают потери асинхронного двигателя при неподвижном роторе, синхронном вращении, номинальном режиме?
5. В чем состоит различие между схемами замещения и векторными диаграммами асинхронной машины и трансформатора? Какой вид имеет векторная диаграмма роторной цепи асинхронного двигателя при скольжении s=0? Каким образом в схеме замещения асинхронного двигателя учитывается механическая нагрузка на валу машины? Какому режиму трансформатора соответствует схема замещения асинхронного двигателя при нагрузке?
6. Какие преобразования должны быть сделаны, чтобы представить вращающийся асинхронный двигатель электрической схемой замещения? Каким путем осуществляются связи между контурами статора и ротора асинхронного двигателя и какие связи имеют место в схеме замещения? Что означает приведение обмотки ротора к обмотке статора? Какой физический смысл имеет деление членов уравнения обмотки ротора на скольжение s? Чем отличается Т-образная схема замещения от Г-образной?
7. Что изменится на круговой диаграмме при уменьшении напряжения статора, активного сопротивления статора, активного сопротивления ротора, индуктивного сопротивления ротора?
Для увеличения скорости вращения якоря в тяговых машинах постоянного тока необходимо увеличить силу тока. Из закона Ома понятно, что для увеличения силы тока нужно либо уменьшить сопротивление, либо увеличить напряжение.
I=U/R,
где I – сила тока,
U – напряжение,
R – сопротивление.
Изменение величины сопротивления производится с помощью реостатного контроллера. Так как напряжение контактной сети постоянно, то изменение напряжения можно производить с помощью переключения групп тяговых двигателей с последовательного соединения на параллельное.
При большой скорости вращения якоря в магнитном поле на его обмотках образуется противо-ЭДС, что приводит к уменьшению тока якоря, а следовательно и к уменьшению скорости его вращения. Для уменьшения противо-ЭДС необходимо уменьшить магнитный поток Ф полюсов двигателя. Для этого часть тока отводится от обмоток возбуждения по шунтирующей цепи и магнитное поле тяговых двигателей ослабляется.
Для изменения направления вращения якоря двигателя постоянного тока необходимо изменить направление движения тока в обмотках возбуждения или в обмотках якора. Тогда направление силы Ампера, определяемое по правилу левой руки, так же изменится на противоположное.
Наиболее распространенные способы регулирования скорости вращения ротора асинхронного двигателя: изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Частота вращения ротора, выраженная через скольжение, определяется формулой:
Отсюда видно, что для увеличения частоты вращения ротора n2 нужно увеличить частоту вращения магнитного поля n1. Для увеличения частоты вращения поля нужно изменить частоту питающего напряжения на полюсах статора.
Направление вращения ротора асинхронного двигателя определяется направлением вращения его магнитного поля, а направление вращения магнитного поля обуславливается последовательностью фаз (А, В, С) трехфазной сети. Для изменения направления вращения двигателя достаточно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка поступления импульсов тока в отдельные обмотки.
Тяговый двигатель
Тяговый электродвигатель переменного тока – трехфазный, асинхронный с короткозамкнутым ротором, четырехполюсный с инверторным управлением (переменное напряжение и частота) предназначен для преобразования в тяговом режиме потребляемой из контактной сети электрической энергии в механическую энергию вращения ротора для обеспечения вращения колесных пар вагона и обратного преобразования в режимах реостатного и рекуперативного торможения вагона механической энергии в электрическую.
Электродвигатель относится к классу самовентилируемых, имеет вентилятор, устанавливаемый на валу ротора на стороне противоположной выходному валу.
В качестве подшипников применяется компактная подшипниковая система компании Hitachi, позволившая увеличить интервал времени между проведением текущего ремонта.
Поскольку управление двигателем осуществляется при помощи оборудова-ния инверторного управления VVVF, имеется возможность контроля вибрации и температуры.
Контроль частоты вращения двигателя обеспечивает датчик скорости, кото-рый установлен на боковой поверхности двигателя (противоположной ведущей шестерни).
Двигатель состоит из статора и ротора.
Корпус статора представляет собой механическую конструкцию с элементами крепления двигателя на тележке. В статоре намотана трехфазная обмотка с вакуумной пропиткой лаком, в которой использован изоляционный материал.
Ротор выполнен в виде короткозамкнутой обмотки. Стержни обмотки ротора изготовлены из медно-цинкового сплава. Валдвигателявыполненизхромиро-ванноймолибденовойстали.
| № | характеристика | ДК-108 | ДК-117 |
| 1 | Номинальное напряжение в тяговом режиме, В | 375 | 375 |
| 2 | Номинальное напряжение в генераторном режиме, В | 750 | 750 |
| 3 | Номинальная мощность, Вт | 66 | 110 |
| 4 | Расчетное ослабление поля, % | 35 | 28 |
| 5 | Используемое ослабление поля, % | 55 | 50 |
| 6 | Ток часового режима, А | 202 | 330 |
| 7 | Тип обмотки якоря | волновая | петлевая |
| 8 | Воздушный зазор между полюсом и якорем, мм | 3,25 | 2,5 |
| 9 | Масса, кг | 630 | 700 |
| 10 | Суммарная величина сопротивления обмоток при температуре 20 0 С, Ом | 0,13 | 0,07 |
| Режим | Часовой |
| Мощность (кВт) | 170 |
| Напряжение (В) | 530 |
| Скоростьвращения (об/мин) | 1269 |
| Частота (Гц) | 43 |
| Скольжение (%) | 1.6 |
| Максимальнаярабочаячастота | 3766 |
| вращения (об/мин) | |
| Максимальнодопустимыйток (А) | 321 |
| Вес (кг) | 720 |
Асинхронный тяговый двигатель в сравнении с двигателем постоянного тока имеет большую мощность при том же весе. Кроме того конструкция асинхронного двигателя проще и надежней. Преимуществом асинхронного двигателя перед коллекторным является отсутствие коллекторно-щеточного узла.
Недостатком асинхронного двигателя при эксплуатации в метрополитене является необходимость установки дополнительного оборудования (инверторов) для преобразования постоянного тока в переменный.
Токоприемники рельсовые
Токоприемник рельсовый предназначен для нижнего токосъема с контактного рельса при любых скоростях и любых атмосферных условиях.
Контактная пластина токоприемника скользит по нижней поверхности контактного рельса, обеспечивая надежный токосъем.
Токоприемник рельсовый ТР–3
Общий вид токоприемника представлен на рис.1
Рис.1 Токоприемник ТР-3
1- башмак; 2- контактная пластина; 3,4- левый и правый кронштейн; 5- башмакодержатель; 6- соединительная пластина; 7- две пружины; 8- два шунта; 9- палец для удочки; 10- валик ;11- узел крепления кабеля ТР
Токоприемник монтируется на деревянном брусе, который является изолятором. Брусья токоприемника крепятся болтами по два с каждой стороны вагона к приливам букс колесных пар. Всего на вагоне четыре токоприемника
Держатель башмака с левым и правым кронштейнами связан валиком. Поэтому держатель башмака может поворачиваться по валику.
Левый и правый кронштейны соединены друг с другом стальной соединительной пластиной, расположенной снизу. Поверхности соприкосновения держателя башмака с башмаком имеют гребенку для регулировки высоты подвески башмака над уровнем головки ходового рельса. В нижней части башмака имеются контрольные лунки для определения степени износа контактной пластины. Скосы контактной пластины обеспечивают плавность входа башмака ТР под контактный рельс.
В верхней части держателя башмака имеются приливы с гнездами для установки в них пружин, каждая из которых другим концом упирается в гнезда левого и правого кронштейна. Пружины токоприемника удерживают башмак в верхнем положении и создают необходимое контактное нажатие башмака на контактный рельс.
На правом кронштейне установлен контактный палец, на который надевается втулка подвижного кабеля электродепо «удочка», для подачи высокого напряжения на вагон в условиях депо. К левому кронштейну крепится силовой кабель ТР.
Держатель башмака соединен двумя гибкими медными шунтами с соединительной пластиной кронштейнов, чтобы ток не шел по осевому соединению.
Для отжатия башмака ТР от контактного рельса в левом кронштейне имеется отверстие, куда вставляется штырь, фиксирующий башмак в крайнем нижнем положении.
На новых вагонах установлен пневматический цилиндр для дистанционного отжатия башмаков.
Силовые кабели всех ТР соединены в соединительной коробке, поэтому при наличии напряжения хотя бы на одном токоприемнике, все остальные токоприемники вагона так же будут под напряжением.
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 417 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
Ремонт и проверка работоспособности коллекторных электродвигателей стиральных машин.
В современных стиральных машинах используются несколько типов приводных двигателей: коллекторные, асинхронные, а также с прямым приводом барабана — они отличаются по принципу работы и по конструкции. Для обеспечения работы асинхронного двигателя требуется фазосдвигающий конденсатор — подобная схема включения двигателя используется в большинстве старых моделей СМ.
В современных машинках для управления асинхронным двигателем используется сложная электронная система управления, поэтому его проверка без специального стенда (или «тестовой» СМ) вызывает определенные затруднения. Еще большие проблемы вызывает проверка двигателей с прямым приводом (например, они используются в машинах LG DirectDrive). Их трудно проверить отдельно, так как они являются частью конструкции бака. К тому же, для этих двигателей также необходима сложная система управления.
Наиболее просто (в том числе и в домашних условиях) можно проверить коллекторные двигатели, на этом мы остановимся более подробно.
В большинстве современных СМ приводные коллекторные двигатели включены по схеме, показанной на рис. 1.
Рис. 1. Схема включения коллекторного двигателя в СМ
Из рисунка видно, что цепь питания двигателя происходит по следующей цепи: 220 В — управляющий симистор (регулирует скорость вращения двигателя) — контакты реле реверса (I или II) — обмотка статора — обмотка ротора — 220 В.
Переключение обмотки статора в стиральных машинах производится как с помощью контактных групп командоаппарата, так и с помощью реле, расположенных в электронном модуле.
Примечание.
На самом деле обмотка статора имеет две секции, включенные согласованно. Подобное решение позволяет уменьшить проникновение помех (создаваемых искрами на коллекторе) в питающую сеть, — то есть получается своеобразный помехоподавляющий фильтр.
Изменение направление вращения вала двигателя производится изменением полярности включения обмотки статора. В некоторых моделях стиральных машин обмотка статора имеет отвод. Он используется в режиме отжима. В этом случае питание подается на один из крайних выводов обмотки и упомянутый отвод. Если же обмотка статора подключена через крайние выводы, СМ работает в режиме обычной стирки мотор работает на малых оборотах.
В простейшем случае для проверки работоспособности двигателя многие ремонтники соединяют последовательно обмотки статора и ротора (якоря) и подают на них сетевое напряжение (рис. П1.2).
Рис. 2. Схема проверки коллекторного двигателя
Указанная схема имеет свои недостатки, один из которых заключается в том, что работоспособность двигателя с помощью нее полностью проверить все равно не удастся. Даже если вал двигателя и будет вращаться, подобная проверка все равно не выявит скрытых дефектов, проявляющихся, когда он работает в реальных режимах эксплуатации СМ, например, под нагрузкой.
К тому же эта схема включения не имеет никакой защиты: если в обмотках двигателя имеются короткие замыкания, он будет работать что называется «вразнос». Чтобы избежать возможных неприятных последствий при проверке двигателя, в его схему питания устанавливают дополнительный балласт. В качестве последнего, например, можно использовать любой ТЭН от стиральной машины (см. рис. 3) или мощную осветительную лампу (500 Вт и выше).
Рис. 3. Схема проверки коллекторного двигателя с балластом
Если в обмотках двигателя есть короткое замыкание и через них протекает повышенный ток, ТЭН будет заметно нагреваться.
Можно иным способом проверить в динамике работоспособность двигателя: соединить его обмотки, как на рис. 2, но питать через лабораторный автотрансформатор мощностью не менее 500 Вт.
Подобное включение позволяет плавно регулировать обороты двигателя и легко контролировать любые нештатные ситуации в его работе. В качестве защиты подобной схемы можно использовать обычный плавкий предохранитель номиналом 5—10 А).
Если ЛАТР найти не удалось, можно вместо него использовать электронный (симисторный) регулятор, рассчитанный на управление нагрузкой соответствующей мощности. Регулятор можно изготовить самостоятельно, найдя подходящую схему в радиолюбительской литературе или в Интернете.
Есть еще один способ проверки работоспособности коллекторного двигателя — по интенсивности искрения между коллектором ротора и щетками. Возникновение сильных искр в месте контакта щеток и коллектора указывает на то, что двигатель неисправен. Подробнее на этом мы остановимся ниже.
Неисправности коллекторных двигателей могут быть вызваны следующими причинами:
- износ щеток;
- межвитковые замыкания или обрывы в обмотках статора или ротора;
- дефекты ламелей коллектора, например, их отслоение.
Примечание.
Как правило, дефекты ламелей являются следствием короткого замыкания в обмотках двигателя.
На самом деле причин может больше, но мы остановимся подробно только на перечисленных выше, как наиболее характерных.
Типовые неисправности коллекторных двигателей
Износ щеток
Износившиеся щетки на коллекторном двигателе необходимо своевременно заменять (лучше всего на оригинальные). Но как быть в случае, если нет возможности заменить щетки на оригинальные?
Примечание.
Износ щеток во многих случаях можно определить внешним осмотром или по интенсивности искрения на коллекторе двигателя: как под нагрузкой (в баке машинки есть белье), так и без нее — в этом случае, возникают обильные искры (не по всему периметру коллектора). Следует учесть, что подобное обильное искрение появляется и в том случае, если новые щетки не притерты к коллектору.
Также возможны случаи, когда при значительном износе щеток наблюдается потеря мощности двигателя — например, если барабан стиральной машины не «проворачивается» с загруженным в него бельем (за исключением случаев, когда щетки заклинивают в щеткодержателе — «зависают»).
Отметим, что замена щеток аналогами от других коллекторных двигателей достаточно сложна по нескольким причинам. Перечислим некоторые из них, а также рассмотрим рекомендации по замене щеток аналогами.
Щетки от другого двигателя, как правило, имеют другую форму и размеры — поэтому перед установкой их необходимо соответствующим образом обработать (обточить). Одной особенностью щеток моторов для стиральных машин является их значительная длина — это затрудняет подбор аналогов от других коллекторных двигателей, например, электроинструмента (на рис. 4. слева доказаны щетки с щеткодержателями от двигателя стиральной машины, а справа — от электроинструмента).
При установке «самодельной» щетки в щеткодержатель следует проверить ее свободное движение (без зацепов) по всей длине рабочего хода без бокового люфта. Упомянутый люфт может привести к перекосу щетки в щеткодержателе и ее возможному «зависанию» (то есть заклиниванию в щеткодержателе и вследствие этого — возможной потере контакта с коллектором).
Щетки должны быть выполнены из так называемого электрографита (смесь сажи, чистого графита и специального связующего вещества, прошедшая отжиг при температуре около 2500 °С). Этот материал (на примере отечественных электрографитовых щеток ЭГ-74) имеет твердость (15—50) х 10 7 Па и удельное сопротивление 35—75 мкОм х м.
Дополнительную информацию на эту тему можно найти в ГОСТ 21888-82. В крайнем случае, при выборе материала щеток можно использовать обычный мягкий графит — только в этом случае срок службы щеток будет значительно меньше.
Примечание.
В настоящее время большинство стиральных машин в России — зарубежного производства. Поэтому выяснить, какой материал (и его параметры) для щеток используют зарубежные производители, в полной мере не представляется возможным.
Известно, что чем выше твердость щеток, тем они долговечнее (медленнее изнашиваются). В этом случае следует учесть, что чересчур «твердые» щетки быстро изнашивают коллектор. Наверно, истина где-то посередине. Поэтому будем условно считать, материал щеток коллекторных моторов зарубежных стиральных машин имеет параметры, соответствующие приведенным выше.
При подборе аналогов щеток следует также обратить внимание на наличие медного хвостика (если он есть в оригинальных щетках). В щетках, самостоятельно обточенных под требуемые размеры (в соответствии с оригиналом) рекомендуется использовать прижимную пружину от старых щеток.
Не стоит использовать аналоги щеток, выполненных из графита с внешним медным покрытием (такие щетки предназначены для электрических машин, рассчитанных на низкое рабочее напряжение). Это вызвано тем, что медная пыль, попав в промежутки между ламелями коллектора, может привести к коротким замыканиям между ними, и, в конечном счете — к выходу из строя ротора.
Отметим, что после самостоятельного изготовления щеток, необходимо в нижней их части сделать фаски и при необходимости выполнить косой срез (если щетки «косые», или, если правильно, говорить «реактивные» — то есть соприкасаются с коллектором под определенным углом).
Установка аналогов щеток также предусматривает так называемую «притирку» последних.
Она имеет следующие особенности:
- устанавливают мотор на стенде (на изолированной плите или на полу) и подключают его по известной схеме (см. выше) через ЛАТР или электронный регулятор;
- запускают мотор на низких оборотах в течение нескольких минут;
- вынимают щетки и проверяют в их нижней части ширину «проточки» коллектором: если она в поперечном направлении составляет около 5 мм — процесс «притирки» закончен;
- если «проточка» на щетках составляет менее 5 мм, устанавливают их на место и вновь включают мотор на несколько минут (на малых оборотах);
- по достижении нужной ширины «проточки», поэтапно проверяют работу двигателя на повышенных оборотах, вплоть до максимальных («проточку» щеток уже не проверяют). Следует отметить, что работа двигателя на повышенных оборотах может сопровождаться вибрацией, поэтому его необходимо надежно закрепить;
- снимают двигатель со стенда и устанавливают его в стиральную машину;
- на СМ запускают режим короткой программы стирки (белье в барабан и моющие средства не загружают). По окончании этой программы ограничений по использованию СМ больше нет.
Межвитковые замыкания (или обрыв) в обмотках статора или ротора
При обрывах или межвитковых замыканиях обмоток возможны следующие характерные дефекты:
1. Двигатель не работает (обрыв в обмотках статора).
Подобный дефект также возможен по причине перегрева корпуса двигателя вследствие межвитковых замыканий в обмотках. При значительной температуре корпуса (обычно, более 90 °С) должен сработать защитный термостат (он разрывает цепь питания двигателя). Нормой считается температура корпуса двигателя не выше 70. 80 °С — подобная температура может быть достигнута при выполнении так называемых «длинных» циклов стирки стиральной машины;
2. Потеря мощности двигателя (межвитковые замыкания в его обмотках).
Этот дефект может проявляться, например, если мотор не может «провернуть» барабан с загруженным в него бельем (без белья барабан вращается). Следует отметить, что аналогичный дефект может наблюдаться при износе щеток мотора, а также при неисправности фазосдвигающего конденсатора, стоящего в цепи питания мотора (в устаревших моделях стиральных машин) — поэтому при поиске причин потери мощности мотора следует учесть и эти факты;
3. Отслоение ламелей ротора.
При значительном увеличении тока через обмотки двигателя (вследствие межвитковых замыканий в обмотках или при «заклинивании» вала двигателя), ламели на коллекторе нагреваются и отслаиваются (подробно об этом мы остановимся ниже).
Примечание.
При межвитковых замыканиях в секциях обмотки ротора обычно появляются сильные искры вокруг коллектора. Также, если короткое замыкание имеется в одной из секций обмотки якоря, ламели, подключенные к ее выводам, будут иметь сильный характерный нагар.
Обрыв обмоток ротора легко выявить с помощью омметра, подключив последний к любым соседним ламелям коллектора. Вращая вручную ротор, контролируют сопротивление его секций — во всех положениях вала сопротивление между соседними ламелями должно быть одинаковым (0,1—0,4 Ом). Если сопротивление между одними из соседних ламелей возрастает до 5. 9 Ом (или более) — возможно, в этой секции имеется обрыв обмотки.
Но не стоит отчаиваться — часто подобное проявление бывает вызвано неконтактом одной из ламелей в месте соединения ее с обмоткой (на краю каждой ламели есть специальный крючок, который обеспечивает соединение с соответствующей, секцией обмотки ротора). Если неконтакт вызван именно по этой причине, можно аккуратно «проклепать» проблемный крючок.
Хочется отметить, что в подобных случаях использование пайки недопустимо, так как это не принесет ожидаемого эффекта — при работе мотора ламели коллектора сильно нагреваются, пайка разрушается (соответственно, электрическая цепь вновь разорвется), а центробежная сила может разнести остатки олова куда угодно (с самыми непредсказуемыми последствиями). Кстати, пайка ламелей может нарушить балансировку ротора, что также может привести к повышенной вибрации в его работе.
Также возможны замыкания в обмотках двигателя (межвитковые замыкания, например, вызванные пробоями в изоляции), но здесь уже помочь нечем — двигатель нужно менять или заново перематывать его обмотки. Самостоятельная перемотка, например, обмоток якоря в большинстве случаев дает отрицательный результат.
Для выполнения подобных работ нужна специальная технология, которую можно соблюсти только в заводских условиях.
Отметим, что замыкания в обмотках двигателя могут повлечь за собой выход из строя уже целого ряда компонентов в составе стиральной машины — подгорание (или полное разрушение) контактов на разъемах электронного модуля и соединительного шлейфа, отказ элементов силовых цепей в составе самого модуля (реле реверса, силовой симистор, контактные группы командоаппарата и др.).
Дефекты ламелей коллектора
Дефекты коллекторных двигателей, вследствие неисправности ламелей на самом деле немного — это неконтакты ламелей и секций обмотки ротора, а также перегрев и возможное последующее отслоение ламелей.
Ламели крепятся на коллекторе с помощью клея, а электрическое соединение их с секциями обмотки ротора обеспечивают специальные «закусывающие» крючки.
Самый распространенный дефект ламелей — это обрыв провода секции ротора в месте соединения с той или иной ламелью (об этом мы подробно останавливались выше).
Гораздо худший случай, когда по разным причинам ламели перегреваются и отслаиваются (см. рис. 5).
Рис. 5. Перегрев и отслоение ротора
Подобный дефект обычно бывает вызван короткими замыканиями в промежутках между ламелями, замыканиями в секциях якорной обмотки или вследствие механического торможения (заклинивания) ротора — в любом случае ламели сильно нагреваются (и отслаиваются), вследствие прохождения через них тока, значительно превышающего номинальный уровень.
Торможение якоря двигателя возможно, например, при заклинивании подшипников мотора или барабана СМ. Также подобный дефект возникает, если в машинках с вертикальной загрузкой потребители забывают закрыть створки барабана — раскрытые створки блокируют вращение барабана, а вследствие этого — и якоря мотора.
В подавляющем большинстве случаев дефекты ламелей (перегрев, отслоение и др.) являются следствием других неисправностей двигателя, элементов стиральной машины или вследствие некорректных действий пользователей.
Если отслоение ламелей на коллекторе незначительное (менее 0,5 мм), подобный дефект устраняется проточкой самого коллектора на станке (не всегда, правда, с положительным эффектом). Не следует забывать, что после подобной операции в промежутках между ламелями может оставаться медная стружка (или пыль), поэтому необходимо тщательно очистить эти промежутки. Кроме того, на ламелях после проточки коллектора могут остаться заусеницы — их также необходимо удалить.
Сам факт отслоения ламелей на коллекторе легко выявить как визуально — так, если вручную вращать ротор двигателя, щетки в этом случае будут издавать сильный характерный треск.
