Как ремонтируют двигатели постоянного тока: полный технологический процесс

Типовой ремонт двигателя постоянного тока включает:

1. 01Приёмку двигателя, проверку таблички и документации.
2. 02Первичную дефектацию: визуальный осмотр, измерение сопротивления изоляции якоря и обмотки возбуждения, осмотр коллектора и щёток, проверку биения вала и люфта подшипников.
3. 03Разборку: выведение якоря из станины на специальном стенде, демонтаж коллектора при необходимости, разборку подшипниковых узлов.
4. 04Детальную электрическую диагностику: мегомметрию, импульсную проверку секций якоря, проверку сердечника кольцевым потоком, проверку главных и добавочных полюсов и обмотки возбуждения.
5. 05Удаление повреждённой обмотки якоря и, при необходимости, катушек полюсов.
6. 06Изготовление новых элементов: секций обмотки якоря по оригинальным обмоточным данным, коллектора, катушек полюсов.
7. 07Укладку новой обмотки якоря и правильное присоединение выводов секций к коллекторным пластинам.
8. 08Пропитку и термообработку обмотки якоря.
9. 09Механическое восстановление вала, подшипников, посадочных поверхностей и корпуса.
10. 10Финишную обработку коллектора: проточку, продорожку, полировку.
11. 11Сборку: установку якоря, регулировку положения щёточной траверсы относительно нейтрали, настройку давления щёточных пружин.
12. 12Динамическую балансировку якоря.
13. 13Финальные испытания: холостой ход, контроль коммутации, испытания под нагрузкой и повышенным напряжением, контроль вибрации и оформление протоколов.

Конкретный объём зависит от мощности, конструкции, степени повреждения и назначения двигателя — например, тягового, кранового или двигателя прокатного стана.

В двигателях с асинхронным или синхронным принципом действия практически весь «обмоточный» ремонт сводится к неподвижному статору. В машине постоянного тока наоборот — обмотка, которая чаще всего требует перемотки, вращается вместе с валом и постоянно переключается щётками через коллектор.

Поэтому специфичны для двигателя постоянного тока практически все «обмоточные» этапы ремонта: проверка, демонтаж, изготовление и укладка обмотки якоря, работа с коллектором и установка щёточной траверсы. Ремонт обмотки возбуждения на полюсах выполняют по тем же принципам, что и ремонт катушек статора, поэтому в этой статье ему уделено меньше внимания.

Во время приёмки фиксируют данные с таблички и сопроводительную информацию:

• тип двигателя и производителя;
• заводской номер;
• номинальную мощность, напряжение якоря и возбуждения;
• номинальный ток якоря и возбуждения;
• номинальную частоту вращения и пределы регулирования скорости;
• схему возбуждения — независимое, параллельное, последовательное или смешанное;
• класс изоляции и степень защиты;
• тип монтажа и наличие полумуфты или шкива;
• наличие тахогенератора или датчиков скорости;
• причину направления в ремонт.

Если табличка повреждена или отсутствует, обмоточные данные уточняют по паспорту, чертежу, предыдущим протоколам ремонта или маркировке на самой обмотке якоря или полюсов.

Информация о режиме эксплуатации и аварии

Поскольку якорь и коллектор особенно чувствительны к перегрузкам, колебаниям нагрузки и неправильному питанию, у заказчика уточняют:

• питается ли двигатель от тиристорного или транзисторного преобразователя;
• наблюдалось ли искрение щёток до остановки и каким оно было;
• меняли ли щётки, коллектор или обмотку ранее;
• сколько реверсов и пусков выполняется за час;
• был ли запах гари, дым или круговой огонь;
• носит ли нагрузка ударный характер — краны, прокатные станы, экскаваторы;
• когда в последний раз проводили проточку коллектора.

До разборки выполняют комплекс проверок, которые дают первичную картину состояния якоря, коллектора и обмотки возбуждения.

Визуальный осмотр

• состояние коллектора — цвет рабочей поверхности, подгорание, борозды, выступание пластин;
• состояние щёток — длина, трещины, равномерность износа, цвет нагара;
• положение щёточной траверсы и щёткодержателей;
• состояние лобовых частей обмотки якоря — потемнение, растрескивание бандажей;
• состояние главных и добавочных полюсов, видимые повреждения обмотки возбуждения;
• следы перегрева, влаги, масла на обмотке;
• состояние вентилятора и вентиляционных каналов.

Измерение сопротивления изоляции

Мегомметром измеряют сопротивление изоляции обмотки якоря относительно корпуса (через щётки или непосредственно на коллекторе) и обмотки возбуждения относительно корпуса и относительно якоря. Измерения проводят до и после очистки, поскольку загрязнённый коллектор часто занижает показатель.

Осмотр щёточно-коллекторного узла

Отдельно проверяют давление щёточных пружин, свободный ход щёток в щёткодержателях, состояние гибких выводов, а также биение и овальность коллектора индикатором часового типа при медленном проворачивании вала.

Механические проверки

• радиальное и осевое биение конца вала;
• осевой люфт ротора;
• посторонние звуки при проворачивании;
• состояние подшипников на слух и на ощупь, наличие люфта.

Результаты первичной дефектации определяют, можно ли ограничиться ремонтом коллектора и подшипников, или требуется полная разборка с детальной электрической диагностикой обмотки якоря.

Перед разборкой маркируют взаимное положение подшипниковых щитов, траверсы, полюсов и выводов обмотки возбуждения — правильная повторная установка траверсы относительно нейтрали критична для коммутации.

Выведение якоря из станины

Якорь выводят из станины на специальном стенде или с помощью направляющих и подъёмных устройств так, чтобы сердечник якоря никоим образом не касался полюсов и обмотки возбуждения.

• применяют технологические оправки, роликовые опоры или тележки для крупных якорей;
• коллектор и лобовые части обмотки защищают от ударов при извлечении;
• для тяжёлых якорей — шаговых, прокатных, тяговых двигателей — используют кран и специальные стропы за предусмотренные конструкцией места;
• не допускают опоры якоря на коллектор или на обмотку при транспортировке.

Демонтаж коллектора

Коллектор снимают с якоря только при необходимости — при полной замене коллектора, ремонте внутренних соединений или доступе к пазам под коллектором. Демонтаж сопровождают фиксацией схемы соединения секций с пластинами.

Разборка подшипниковых узлов

Подшипники демонтируют с приложением усилия к кольцу с натягом на посадке, применяя съёмники или контролируемый индукционный нагрев. Одновременно проверяют состояние уплотнений, лабиринтов и масляных камер.

После разборки выполняют углублённую проверку якоря, коллектора и обмотки возбуждения, которая позволяет выявить дефекты, незаметные при первичном осмотре.

Мегомметрия

Сопротивление изоляции обмотки якоря и каждой обмотки возбуждения — независимой, параллельной, последовательной, добавочных полюсов, компенсационной — измеряют отдельно относительно корпуса.

Проверка на межвитковое замыкание (сурж-тест и growler-тест)

Секции обмотки якоря проверяют на межвитковое замыкание импульсным методом (сурж-тестером) или на индукционном дефектоскопе (growler). Оба метода выявляют замкнутые или повреждённые витки, которые невозможно найти простым измерением сопротивления изоляции.

• сурж-тест сравнивает форму импульса напряжения на каждой паре коллекторных пластин — отклонение формы указывает на замыкание соответствующей секции;
• growler-тест выявляет замкнутые секции с помощью стальной пластины, которая вибрирует или притягивается над пазом с повреждённой секцией;
• оба метода дополняют измерение сопротивления между соседними коллекторными пластинами.

Проверка сердечника якоря (кольцевой поток)

Сердечник якоря проверяют на межлистовые замыкания методом кольцевого магнитного потока или тепловизионным контролем — локальный перегрев пакета указывает на замыкание листов стали, которое нужно устранить до укладки новой обмотки.

Проверка главных и добавочных полюсов

Катушки главных полюсов (обмотка возбуждения) и добавочных, коммутирующих полюсов проверяют на сопротивление, межвитковое замыкание и целостность. Отдельно проверяют полярность чередования полюсов — она должна соответствовать заводской схеме, иначе при сборке можно перепутать чередование N-S-N-S, что вызовет сильное искрение даже у исправного якоря.

Проверка обмотки возбуждения

Для двигателей с последовательным, параллельным или смешанным возбуждением отдельно проверяют непрерывность и сопротивление последовательной (сильноточной, с малым числом витков толстого провода) и параллельной (шунтовой, с большим числом витков тонкого провода) обмоток, а также их изоляцию относительно корпуса и друг относительно друга.

Результаты всех проверок фиксируют в протоколе входной электрической диагностики — он становится базой для сравнения с результатами финальных испытаний.

Если диагностика подтвердила межвитковое замыкание, обрыв, пробой на корпус или механическое повреждение обмотки якоря, старую обмотку демонтируют.

Фиксация обмоточных данных перед демонтажем

До удаления обмотки записывают:

• количество пазов якоря и коллекторных пластин;
• тип обмотки — петлевая или волновая, простая или сложная;
• шаг по пазам и шаг по коллектору;
• количество секций, витков в секции и параллельных ветвей;
• диаметр и количество элементарных проводников;
• схему соединения выводов секций с конкретными пластинами коллектора;
• тип и толщину пазовой изоляции и бандажного материала.

Демонтаж обмотки якоря

Старую обмотку удаляют контролируемым выжиганием в печи, механическим способом или их сочетанием, не допуская повреждения зубцов и межлистовой изоляции сердечника. После удаления пазы очищают и повторно проверяют сердечник.

Демонтаж катушек полюсов

Катушки главных или добавочных полюсов снимают со станины только при подтверждённом повреждении — обрыве, межвитковом замыкании или пробое изоляции. Перед демонтажем фиксируют число витков, сечение провода и полярность каждой катушки.

Изготовление секций обмотки якоря

Новые секции обмотки якоря изготавливают по зафиксированным обмоточным данным — с тем же шагом, количеством витков, сечением и маркой провода. Секции наматывают на шаблонах, воспроизводящих форму паза и лобовых частей оригинала.

• соблюдение схемы (петлевая или волновая) и шага обмотки;
• идентичность всех секций по форме и количеству витков;
• достаточный запас длины выводов для присоединения к коллектору;
• контроль качества изоляции провода перед укладкой.

Изготовление или ремонт коллектора

В зависимости от состояния коллектора выполняют:

• проточку рабочей поверхности для устранения биения, овальности и следов искрения;
• продорожку межламельной изоляции на нужную глубину;
• замену отдельных повреждённых пластин (ламелей) при наличии технической возможности;
• полное изготовление нового коллектора со сборкой пластин, нажимных колец и изоляционных конусов — когда коллектор непригоден к восстановлению.

Изготовление катушек полюсов

При необходимости изготавливают новые катушки главных, добавочных полюсов или компенсационной обмотки — по оригинальным данным числа витков, сечения провода и схемы соединения, с обязательным соблюдением чередования полярности.

Укладка новой обмотки якоря — самый ответственный этап ремонта, поскольку именно здесь определяется, будет ли машина правильно коммутировать.

Пазовая изоляция и укладка секций

• в пазы устанавливают новую пазовую изоляцию соответствующего класса нагревостойкости;
• секции укладывают строго в той же последовательности и с тем же шагом, что и оригинальная обмотка;
• в пазу не допускают перекрещивания проводников, повреждения эмали и защемления изоляции;
• после укладки пазы закрывают клиньями.

Присоединение выводов секций к коллекторным пластинам

Каждый вывод секции присоединяют к строго определённой пластине коллектора — по схеме, соответствующей шагу обмотки по коллектору. Присоединение выполняют пайкой или сваркой, обеспечивая низкое переходное сопротивление и механическую прочность.

Бандажирование

Лобовые части обмотки закрепляют бандажами из стеклоленты или проволоки с натягом, предусмотренным чертежом, — недостаточный натяг вызывает смещение обмотки под действием центробежных сил, чрезмерный повреждает изоляцию провода.

После укладки и бандажирования проводят промежуточный электрический контроль: сопротивление изоляции, сопротивление обмотки, симметрию сопротивления между соседними пластинами коллектора.

Новую обмотку якоря пропитывают лаком или компаундом, чтобы повысить электрическую прочность, механическую устойчивость к центробежным силам и защиту от влаги и загрязнений.

Методы пропитки

• погружение с последующим стеканием избытка лака;
• вакуум-нагнетательная пропитка (VPI) — наиболее полно заполняет поры и полости обмотки;
• многократная пропитка для ответственных и высокоскоростных якорей.

Сушка и полимеризация

После пропитки якорь сушат в термошкафу по режиму, соответствующему материалу лака или компаунда, контролируя температуру, время выдержки и сопротивление изоляции в процессе сушки.

Вращающийся якорь, в отличие от неподвижной обмотки статора, постоянно работает под действием центробежных сил — поэтому качество пропитки здесь особенно критично для долговечности бандажей и лобовых частей.

Ремонт или замена вала

Вал проверяют на биение, изгиб, трещины и износ посадочных поверхностей. В зависимости от дефекта выполняют правку, наплавку или металлизацию посадок, установку ремонтной втулки или изготовление нового вала.

Замена подшипников

Подшипники, демонтированные для дефектации якоря, как правило, устанавливают новые — повторное использование подшипника со снятой посадкой или с признаками даже незначительного износа дорожек качения повышает риск преждевременного выхода из строя.

Восстановление посадочных поверхностей

Изношенные посадки под подшипники на валу и в щитах восстанавливают металлизацией, газотермическим напылением, наплавкой или ремонтными втулками с последующей механической обработкой до нужного диаметра, овальности и шероховатости.

Ремонт корпуса (станины)

Станину проверяют на трещины, деформацию лап, состояние посадочных мест под полюса и подшипниковые щиты; при необходимости выполняют сварку, механическую обработку опорных поверхностей и восстановление резьбовых соединений.

После укладки и пропитки обмотки якоря и монтажа коллектора выполняют его финишную механическую обработку.

Проточка

Коллектор протачивают до финального диаметра на токарном или специальном коллекторо-обрабатывающем станке, снимая минимально необходимый слой для устранения биения, овальности и следов предыдущего износа или искрения.

Продорожка межламельной изоляции

Межламельную изоляцию (миканит) заглубляют ниже уровня меди на нужную глубину — недостаточное заглубление оставляет слюду выступающей и нарушает контакт щётки, чрезмерное ускоряет накопление угольной пыли в канавках.

Полировка

Рабочую поверхность полируют до нужной шероховатости, снимают фаски с краёв пластин и удаляют заусенцы меди, образовавшиеся после продорожки.

Якорь устанавливают в станину так же осторожно, как и извлекали, — без контакта сердечника с полюсными наконечниками и без ударных нагрузок на коллектор.

Установка щёточной траверсы относительно нейтрали

Положение траверсы, а с ней и щёток, относительно геометрической и магнитной нейтрали — один из важнейших параметров сборки. Траверсу устанавливают по заводской маркировке или уточняют методом наведённого напряжения (методом милливольтметра) либо по минимуму искрения при пробном пуске.

Регулировка давления щёточных пружин

Давление пружин всех щёток одной полярности выравнивают и проверяют динамометром, а не на ощупь. Слишком слабое давление вызывает подпрыгивание щётки и искрение, чрезмерное — ускоренный износ щётки и коллектора.

Притирка щёток

Новые щётки притирают к профилю коллектора стеклянной шкуркой соответствующей зернистости, без применения наждачной бумаги с металлическим или кремниевым абразивом, до получения равномерного отпечатка контактной поверхности по всей длине щётки.

Балансировка якоря обязательна после перемотки обмотки, замены коллектора, ремонта или замены вентилятора, правки вала и других работ, изменяющих распределение массы вращающейся части.

• балансировку выполняют в сборе — с коллектором, вентилятором и установленной шпонкой;
• учитывают класс точности балансировки, предусмотренный для конкретного типа и частоты вращения двигателя;
• коррекцию дисбаланса выполняют в плоскостях, предусмотренных конструкцией, — снятием металла или установкой балластных грузов;
• результаты оформляют протоколом с указанием начального и остаточного дисбаланса.

Собранный двигатель проходит комплекс контрольных испытаний, которые подтверждают качество ремонта якоря, коллектора и всех смежных узлов.

Испытание на холостом ходу

Двигатель запускают без нагрузки и контролируют плавность разгона, направление вращения, уровень шума и вибрации, нагрев подшипников и симметрию тока возбуждения.

Контроль коммутации

Искрение щёток оценивают сначала на холостом ходу, затем под нагрузкой — равномерное слабое искрение без синих или белых вспышек считается нормой, любое усиление искрения при изменении нагрузки или скорости указывает на неустранённый дефект коммутации.

Испытание под нагрузкой

Двигатель нагружают до номинальных, а по программе испытаний — и до перегрузочных значений, контролируя ток якоря и возбуждения, частоту вращения, нагрев обмоток и температуру коллектора.

Испытание повышенным напряжением (HiPot)

Изоляцию обмотки якоря и обмотки возбуждения проверяют повышенным напряжением промышленной частоты относительно корпуса — испытание подтверждает электрическую прочность изоляции, восстановленной в ходе ремонта.

Контроль вибрации

Уровень вибрации измеряют в контрольных точках подшипниковых щитов на холостом ходу и под нагрузкой и сравнивают с допустимыми значениями для класса точности балансировки двигателя.

По результатам всех испытаний оформляют протоколы, которые прикладывают к сопроводительной документации двигателя.

Продолжительность ремонта двигателя постоянного тока зависит прежде всего от объёма работ с якорем и коллектором, а не только от мощности машины.

Сроки указаны ориентировочно и уточняются после дефектации — изготовление нестандартного коллектора или поиск редкой марки провода могут существенно увеличить продолжительность ремонта.

• Как ремонтируют электродвигатели: полный технологический процесс
• Проверка сопротивления изоляции обмоток
• Балансировка ротора
• Почему искрят щётки электродвигателя?
• Что входит в капитальный ремонт электродвигателя?
• Испытание повышенным напряжением
• Испытания электродвигателя после ремонта
• Коллектор электродвигателя: устройство, ремонт, продорожка
• Двигатель постоянного тока: устройство и принцип работы

ТОВ ВКФ «Электропромремонт» выполняет полный цикл ремонта двигателей постоянного тока собственными силами — от дефектации якоря и коллектора до изготовления новых секций обмотки, коллекторов и катушек полюсов, балансировки и приёмо-сдаточных испытаний.

В перечень работ входят:

• дефектация якоря, коллектора и обмотки возбуждения;
• проверка обмотки якоря на межвитковое замыкание — сурж-тест и growler-контроль;
• перемотка обмотки якоря по оригинальным обмоточным данным;
• изготовление и ремонт коллекторов, проточка и продорожка;
• изготовление катушек главных, добавочных полюсов и компенсационной обмотки;
• вакуум-нагнетательная пропитка и термообработка обмоток;
• ремонт валов, восстановление подшипниковых посадок, замена подшипников;
• динамическая балансировка якорей;
• испытания на холостом ходу, под нагрузкой и повышенным напряжением.

• Ремонт электрических машин постоянного тока
• Все услуги