Як ремонтують двигуни постійного струму: повний технологічний процес

Типовий ремонт двигуна постійного струму включає:

1. 01Приймання двигуна, перевірку таблички та документації.
2. 02Первинну дефектацію: візуальний огляд, вимірювання опору ізоляції якоря та обмотки збудження, огляд колектора і щіток, перевірку биття вала і люфту підшипників.
3. 03Розбирання: виведення якоря зі станини на спеціальному стенді, демонтаж колектора за потреби, розбирання підшипникових вузлів.
4. 04Детальну електричну діагностику: мегометрію, імпульсну перевірку секцій якоря, перевірку сердечника кільцевим потоком, перевірку головних і додаткових полюсів та обмотки збудження.
5. 05Видалення пошкодженої обмотки якоря та, за потреби, котушок полюсів.
6. 06Виготовлення нових елементів: секцій обмотки якоря за оригінальними обмотувальними даними, колектора, котушок полюсів.
7. 07Укладання нової обмотки якоря та правильне приєднання виводів секцій до колекторних пластин.
8. 08Просочення та термообробку обмотки якоря.
9. 09Механічне відновлення вала, підшипників, посадочних поверхонь і корпусу.
10. 10Фінішну обробку колектора: проточування, продорожування, полірування.
11. 11Складання: встановлення якоря, регулювання положення щіткової траверси відносно нейтралі, налаштування тиску щіткових пружин.
12. 12Динамічне балансування якоря.
13. 13Фінальні випробування: холостий хід, контроль комутації, випробування під навантаженням і підвищеною напругою, контроль вібрації та оформлення протоколів.

Конкретний обсяг залежить від потужності, конструкції, ступеня пошкодження та призначення двигуна — наприклад, тягового, кранового чи двигуна прокатного стану.

У двигунах з асинхронним чи синхронним принципом дії практично весь «обмотувальний» ремонт зводиться до нерухомого статора. У машини постійного струму навпаки — обмотка, яка найчастіше потребує перемотування, обертається разом із валом і постійно перемикається щітками через колектор.

Тому специфічними для двигуна постійного струму є практично всі «обмотувальні» етапи ремонту: перевірка, демонтаж, виготовлення й укладання обмотки якоря, робота з колектором і встановлення щіткової траверси. Ремонт обмотки збудження на полюсах виконують за тими самими принципами, що й ремонт котушок статора, тому в цій статті йому приділено менше уваги.

Під час приймання фіксують дані з таблички та супровідну інформацію:

• тип двигуна та виробника;
• заводський номер;
• номінальну потужність, напругу якоря та збудження;
• номінальний струм якоря та збудження;
• номінальну частоту обертання і межі регулювання швидкості;
• схему збудження — незалежне, паралельне, послідовне чи змішане;
• клас ізоляції та ступінь захисту;
• тип монтажу і наявність напівмуфти чи шківа;
• наявність тахогенератора чи датчиків швидкості;
• причину направлення в ремонт.

Якщо табличка пошкоджена або відсутня, обмотувальні дані уточнюють за паспортом, кресленням, попередніми протоколами ремонту або маркуванням на самій обмотці якоря чи полюсів.

Інформація про режим експлуатації та аварію

Оскільки якір і колектор особливо чутливі до перевантажень, коливань навантаження та неправильного живлення, у замовника уточнюють:

• чи живиться двигун від тиристорного або транзисторного перетворювача;
• чи спостерігалося іскріння щіток до зупинки і яким воно було;
• чи змінювали щітки, колектор або обмотку раніше;
• скільки реверсів і пусків виконується за годину;
• чи був запах гару, дим або круговий вогонь;
• чи має навантаження ударний характер — крани, прокатні стани, екскаватори;
• коли востаннє проводили обточування колектора.

До розбирання виконують комплекс перевірок, які дають первинну картину стану якоря, колектора та обмотки збудження.

Візуальний огляд

• стан колектора — колір робочої поверхні, підгоряння, борозни, виступання пластин;
• стан щіток — довжина, тріщини, рівномірність зношення, колір нагару;
• положення щіткової траверси та щіткотримачів;
• стан лобових частин обмотки якоря — потемніння, розтріскування бандажів;
• стан головних і додаткових полюсів, видимі пошкодження обмотки збудження;
• сліди перегріву, вологи, мастила на обмотці;
• стан вентилятора та вентиляційних каналів.

Вимірювання опору ізоляції

Мегомметром вимірюють опір ізоляції обмотки якоря відносно корпусу (через щітки або безпосередньо на колекторі) та обмотки збудження відносно корпусу і відносно якоря. Вимірювання проводять до і після очищення, оскільки забруднений колектор часто занижує показник.

Огляд щітково-колекторного вузла

Окремо перевіряють тиск щіткових пружин, вільний хід щіток у щіткотримачах, стан гнучких виводів, а також биття і овальність колектора індикатором годинникового типу під час повільного провертання вала.

Механічні перевірки

• радіальне й осьове биття кінця вала;
• осьовий люфт ротора;
• сторонні звуки під час провертання;
• стан підшипників на слух і на дотик, наявність люфту.

Результати первинної дефектації визначають, чи можна обмежитися ремонтом колектора й підшипників, чи потрібне повне розбирання з детальною електричною діагностикою обмотки якоря.

Перед розбиранням маркують взаємне положення підшипникових щитів, траверси, полюсів і виводів обмотки збудження — правильна повторна установка траверси відносно нейтралі критична для комутації.

Виведення якоря зі станини

Якір виводять зі станини на спеціальному стенді або за допомогою напрямних і підйомних пристроїв так, щоб сердечник якоря жодним чином не торкався полюсів і обмотки збудження.

• застосовують технологічні оправки, роликові опори чи візки для великих якорів;
• колектор і лобові частини обмотки захищають від ударів під час виймання;
• для важких якорів — крокових, прокатних, тягових двигунів — використовують кран і спеціальні стропи за передбачені конструкцією місця;
• не допускають опору якоря на колектор чи на обмотку під час транспортування.

Демонтаж колектора

Колектор знімають з якоря лише за потреби — при повній заміні колектора, ремонті внутрішніх з’єднань або доступі до пазів під колектором. Демонтаж супроводжують фіксацією схеми з’єднання секцій із пластинами.

Розбирання підшипникових вузлів

Підшипники демонтують із прикладенням зусилля до кільця з натягом на посадці, застосовуючи знімачі або контрольоване індукційне нагрівання. Одночасно перевіряють стан ущільнень, лабіринтів та мастильних камер.

Після розбирання виконують поглиблену перевірку якоря, колектора та обмотки збудження, яка дозволяє виявити дефекти, непомітні при первинному огляді.

Мегомметрія

Опір ізоляції обмотки якоря та кожної обмотки збудження — незалежної, паралельної, послідовної, додаткових полюсів, компенсаційної — вимірюють окремо відносно корпусу.

Перевірка на міжвиткове замикання (сурж-тест і growler-тест)

Секції обмотки якоря перевіряють на міжвиткове замикання імпульсним методом (сурж-тестером) або на індукційному дефектоскопі (growler). Обидва методи виявляють замкнені або пошкоджені витки, які неможливо знайти простим вимірюванням опору ізоляції.

• сурж-тест порівнює форму імпульсу напруги на кожній парі колекторних пластин — відхилення форми вказує на замикання відповідної секції;
• growler-тест виявляє замкнені секції за допомогою сталевої пластини, що вібрує чи притягується над пазом із пошкодженою секцією;
• обидва методи доповнюють вимірювання опору між сусідніми колекторними пластинами.

Перевірка сердечника якоря (кільцевий потік)

Сердечник якоря перевіряють на міжлистові замикання методом кільцевого магнітного потоку або тепловізійним контролем — локальний перегрів пакета вказує на замикання листів сталі, яке потрібно усунути до укладання нової обмотки.

Перевірка головних і додаткових полюсів

Котушки головних полюсів (обмотка збудження) і додаткових, комутуючих полюсів перевіряють на опір, міжвиткове замикання та цілісність. Окремо перевіряють полярність чергування полюсів — вона повинна відповідати заводській схемі, інакше при складанні можна переплутати чергування N-S-N-S, що спричинить сильне іскріння навіть у справному якорі.

Перевірка обмотки збудження

Для двигунів із послідовним, паралельним чи змішаним збудженням окремо перевіряють безперервність і опір послідовної (сильнострумної, з малою кількістю витків товстого проводу) та паралельної (шунтової, з великою кількістю витків тонкого проводу) обмоток, а також їхню ізоляцію відносно корпусу і одна відносно одної.

Результати всіх перевірок фіксують у протоколі вхідної електричної діагностики — він стає базою для порівняння з результатами фінальних випробувань.

Якщо діагностика підтвердила міжвиткове замикання, обрив, пробій на корпус чи механічне пошкодження обмотки якоря, стару обмотку демонтують.

Фіксація обмотувальних даних перед демонтажем

До видалення обмотки записують:

• кількість пазів якоря та колекторних пластин;
• тип обмотки — петльова чи хвильова, проста чи складна;
• крок по пазах і крок по колектору;
• кількість секцій, витків у секції та паралельних гілок;
• діаметр і кількість елементарних провідників;
• схему з’єднання виводів секцій із конкретними пластинами колектора;
• тип і товщину пазової ізоляції та бандажного матеріалу.

Демонтаж обмотки якоря

Стару обмотку видаляють контрольованим випалюванням у печі, механічним способом або їхнім поєднанням, не допускаючи пошкодження зубців і міжлистової ізоляції сердечника. Після видалення пази очищають і повторно перевіряють сердечник.

Демонтаж котушок полюсів

Котушки головних або додаткових полюсів знімають зі станини лише за підтвердженого пошкодження — обриву, міжвиткового замикання чи пробою ізоляції. Перед демонтажем фіксують число витків, переріз проводу та полярність кожної котушки.

Виготовлення секцій обмотки якоря

Нові секції обмотки якоря виготовляють за зафіксованими обмотувальними даними — з тим самим кроком, кількістю витків, перерізом і маркою проводу. Секції намотують на шаблонах, що відтворюють форму пазу і лобових частин оригіналу.

• дотримання схеми (петльова чи хвильова) і кроку обмотки;
• ідентичність усіх секцій за формою і кількістю витків;
• достатній запас довжини виводів для приєднання до колектора;
• контроль якості ізоляції проводу перед укладанням.

Виготовлення чи ремонт колектора

Залежно від стану колектора виконують:

• проточування робочої поверхні для усунення биття, овальності та слідів іскріння;
• продорожування міжламельної ізоляції на потрібну глибину;
• заміну окремих пошкоджених пластин (ламелей) за наявності технічної можливості;
• повне виготовлення нового колектора зі складанням пластин, натисних кілець та ізоляційних конусів — коли колектор непридатний до відновлення.

Виготовлення котушок полюсів

За потреби виготовляють нові котушки головних, додаткових полюсів або компенсаційної обмотки — за оригінальними даними числа витків, перерізу проводу та схеми з’єднання, з обов’язковим дотриманням чергування полярності.

Укладання нової обмотки якоря — найвідповідальніший етап ремонту, оскільки саме тут визначається, чи буде машина правильно комутувати.

Пазова ізоляція та укладання секцій

• у пази встановлюють нову пазову ізоляцію відповідного класу нагрівостійкості;
• секції укладають строго в тій самій послідовності й з тим самим кроком, що й оригінальна обмотка;
• у пазі не допускають перехрещення провідників, пошкодження емалі та защемлення ізоляції;
• після укладання пази закривають клинами.

Приєднання виводів секцій до колекторних пластин

Кожен вивід секції приєднують до строго визначеної пластини колектора — за схемою, що відповідає кроку обмотки по колектору. Приєднання виконують паянням або зварюванням, забезпечуючи низький перехідний опір і механічну міцність.

Бандажування

Лобові частини обмотки закріплюють бандажами зі склострічки або дроту з натягом, передбаченим кресленням, — недостатній натяг спричиняє зміщення обмотки під дією відцентрових сил, надмірний пошкоджує ізоляцію проводу.

Після укладання і бандажування проводять проміжний електричний контроль: опір ізоляції, опір обмотки, симетрію опору між сусідніми пластинами колектора.

Нову обмотку якоря просочують лаком або компаундом, щоб підвищити електричну міцність, механічну стійкість до відцентрових сил і захист від вологи та забруднень.

Методи просочення

• занурення з наступним стіканням надлишку лаку;
• вакуум-нагнітальне просочення (VPI) — найповніше заповнює пори та порожнини обмотки;
• багаторазове просочення для відповідальних і високошвидкісних якорів.

Сушіння та полімеризація

Після просочення якір сушать у термошафі за режимом, що відповідає матеріалу лаку чи компаунда, контролюючи температуру, час витримки та опір ізоляції в процесі сушіння.

Обертовий якір, на відміну від нерухомої обмотки статора, постійно працює під дією відцентрових сил — тому якість просочення тут особливо критична для довговічності бандажів і лобових частин.

Ремонт або заміна вала

Вал перевіряють на биття, вигин, тріщини та зношення посадочних поверхонь. Залежно від дефекту виконують правлення, наплавлення чи металізацію посадок, встановлення ремонтної втулки або виготовлення нового вала.

Заміна підшипників

Підшипники, демонтовані для дефектації якоря, як правило, встановлюють нові — повторне використання підшипника зі знятою посадкою або з ознаками навіть незначного зношення доріжок кочення підвищує ризик передчасного виходу з ладу.

Відновлення посадочних поверхонь

Зношені посадки під підшипники на валу та в щитах відновлюють металізацією, газотермічним напиленням, наплавленням або ремонтними втулками з подальшою механічною обробкою до потрібного діаметра, овальності й шорсткості.

Ремонт корпусу (станини)

Станину перевіряють на тріщини, деформацію лап, стан посадочних місць під полюси і підшипникові щити; за потреби виконують зварювання, механічну обробку опорних поверхонь і відновлення різьбових з’єднань.

Після укладання й просочення обмотки якоря та монтажу колектора виконують його фінішну механічну обробку.

Проточування

Колектор проточують до фінального діаметра на токарному чи спеціальному колекторо-обробному верстаті, знімаючи мінімально необхідний шар для усунення биття, овальності та слідів попереднього зношення чи іскріння.

Продорожування міжламельної ізоляції

Міжламельну ізоляцію (міканіт) заглиблюють нижче рівня міді на потрібну глибину — недостатнє заглиблення залишає слюду виступаючою і порушує контакт щітки, надмірне прискорює накопичення вугільного пилу в канавках.

Полірування

Робочу поверхню полірують до потрібної шорсткості, знімають фаски з країв пластин і видаляють задирки міді, що утворилися після продорожування.

Якір встановлюють у станину так само обережно, як і виймали, — без контакту сердечника з полюсними наконечниками і без ударних навантажень на колектор.

Встановлення щіткової траверси відносно нейтралі

Положення траверси, а з нею й щіток, відносно геометричної та магнітної нейтралі — один із найважливіших параметрів складання. Траверсу встановлюють за заводським маркуванням або уточнюють методом індукованої напруги (методом мілівольтметра) чи за мінімумом іскріння під час пробного пуску.

Регулювання тиску щіткових пружин

Тиск пружин усіх щіток однієї полярності вирівнюють і перевіряють динамометром, а не на дотик. Занадто слабкий тиск спричиняє підстрибування щітки й іскріння, надмірний — прискорене зношення щітки й колектора.

Притирання щіток

Нові щітки притирають до профілю колектора скляним папером відповідної зернистості, без застосування наждакового паперу з металевим чи кремнієвим абразивом, до отримання рівномірного відбитку контактної поверхні по всій довжині щітки.

Балансування якоря обов’язкове після перемотування обмотки, заміни колектора, ремонту чи заміни вентилятора, правлення вала та інших робіт, що змінюють розподіл маси обертової частини.

• балансування виконують у зборі — з колектором, вентилятором і встановленою шпонкою;
• враховують клас точності балансування, передбачений для конкретного типу та частоти обертання двигуна;
• корекцію дисбалансу виконують у площинах, передбачених конструкцією — знімання металу або встановлення баластних вантажів;
• результати оформлюють протоколом із зазначенням початкового та залишкового дисбалансу.

Зібраний двигун проходить комплекс контрольних випробувань, які підтверджують якість ремонту якоря, колектора та всіх суміжних вузлів.

Випробування на холостому ходу

Двигун запускають без навантаження і контролюють плавність розгону, напрямок обертання, рівень шуму та вібрації, нагрів підшипників і симетрію струму збудження.

Контроль комутації

Іскріння щіток оцінюють спочатку на холостому ходу, потім під навантаженням — рівномірне слабке іскріння без синіх чи білих спалахів вважається нормою, будь-яке посилення іскріння при зміні навантаження чи швидкості вказує на неусунений дефект комутації.

Випробування під навантаженням

Двигун навантажують до номінальних, а за програмою випробувань — і до перевантажувальних значень, контролюючи струм якоря та збудження, частоту обертання, нагрів обмоток і температуру колектора.

Випробування підвищеною напругою (HiPot)

Ізоляцію обмотки якоря та обмотки збудження перевіряють підвищеною напругою промислової частоти відносно корпусу — випробування підтверджує електричну міцність ізоляції, відновленої під час ремонту.

Контроль вібрації

Рівень вібрації вимірюють у контрольних точках підшипникових щитів на холостому ходу і під навантаженням та порівнюють із допустимими значеннями для класу точності балансування двигуна.

За результатами всіх випробувань оформлюють протоколи, які додають до супровідної документації двигуна.

Тривалість ремонту двигуна постійного струму залежить передусім від обсягу робіт з якорем і колектором, а не лише від потужності машини.

Строки вказано орієнтовно і уточнюються після дефектації — виготовлення нестандартного колектора чи пошук рідкісної марки проводу можуть суттєво збільшити тривалість ремонту.

• Як ремонтують електродвигуни: повний технологічний процес
• Перевірка опору ізоляції обмоток
• Балансування ротора
• Чому іскрять щітки електродвигуна?
• Що входить у капітальний ремонт електродвигуна?
• Випробування підвищеною напругою
• Випробування електродвигуна після ремонту
• Колектор електродвигуна: будова, ремонт, продорожування
• Двигун постійного струму: будова і принцип роботи

ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виконує повний цикл ремонту двигунів постійного струму власними силами — від дефектації якоря і колектора до виготовлення нових секцій обмотки, колекторів і котушок полюсів, балансування та приймальних випробувань.

До переліку робіт входять:

• дефектація якоря, колектора та обмотки збудження;
• перевірка обмотки якоря на міжвиткове замикання — сурж-тест і growler-контроль;
• перемотування обмотки якоря за оригінальними обмотувальними даними;
• виготовлення та ремонт колекторів, проточування і продорожування;
• виготовлення котушок головних, додаткових полюсів і компенсаційної обмотки;
• вакуум-нагнітальне просочення та термообробку обмоток;
• ремонт валів, відновлення підшипникових посадок, заміну підшипників;
• динамічне балансування якорів;
• випробування на холостому ходу, під навантаженням і підвищеною напругою.

• Ремонт електричних машин постійного струму
• Усі послуги