Диагностика и анализ неисправностей: Повреждение обмоток в электродвигателях

Одной из главных причин выхода электродвигателя из строя является разрушение изоляции, приводящее к короткому замыканию. Лаковое покрытие трескается вследствие высокой температуры. Каждый двигатель просчитывается по теплоотдаче, имея определенный запас прочности, но возникающая перегрузка электродвигателя приводит к перегреву обмотки. Она может быть технологического происхождения или быть следствием аварии.

Технологическая перегрузка электродвигателя является следствием увеличения вращающего момента на валу. Если не вдаваться глубоко в электро-технические тонкости процесса работы электродвигателя, то можно кратко отметить, что на валу двигателя периодически возникают кратковременные большие моменты сопротивления, создающие броски тока. Это и переменная нагрузка на вал, и пусковой режим, и торможение двигателя электротормозом.

Аварийная перегрузка электродвигателя может возникнуть по следующим причинам:
- заклинивание рабочего органа машины;
- резкий скачок напряжения в линии;
- высокая нагрузка на вал;
- нарушение режима охлаждения двигателя;
- авария на питающей электрической линии с понижением напряжения.

Традиционно используется изоляция класса А, максимальной рабочей температурой которой является 95ºС. При длительной нагрузке обмотки электродвигателя постепенно нагреваются до температуры, близкой к предельно допустимому значению. Обычно электродвигатель имеет некоторый запас по нагреву, и небольшие превышения тока, несмотря на продолжительность действия, не могут создать опасной ситуации. Эти расчеты заложены инженерами завода-производителя.

Для информации: Из закона Аррениуса следует, что перегрев сверх допустимого на каждые 8–10 °С сокращает срок службы изоляции обмоток электродвигателя в два раза. Таким образом, перегрев на 40 °С сокращает срок службы изоляции в 32 раза!

Так что мы понимаем, процесс разрушения изоляции может происходить как относительно продолжительное время, так и кратковременно. Все зависит от температуры перегрева. Исключение составляет брак изолирующего лакового покрытия провода обмоток, допущенного на заводе. Как отличить заводской брак от перегрузки инструмента эксплуатационного характера?

В случае заводского дефекта с некачественной изоляцией обмоток повреждение носит как правило локальный характер. Это можно увидеть по потемневшей ламеле на коллекторе двигателя, где одна или несколько ламелей потемневшие (Рис.1_красная стрелка), тогда как остальные нормального цвета (Рис.1_желтые стрелки). При слабо обжатом на ламеле проводе обмотки может произойти пробой с разрушением провода (Рис.2). В этом случае повреждение так же будет иметь локальный характер. Пробой обмотки внутри ротора (Рис.3) или статора (Рис.4) характеризуется потемнением одной из обмоток. Остальные обмотки будут иметь неповрежденный вид (лаковое покрытие нормального цвета, оплавление бандажной нити отсутствует). Это что касается гарантийных случаев.

Перегруженный инструмент имеет вид с общим потемнением обмоток двигателя, вплоть до черного. На роторе все обмотки одинаково потемневшие, бандажная нить оплавлена (Рис.5), некоторые ламели либо отошли, либо вовсе оторвались (Рис.6). Обмотки статора также будут выглядеть одинаково поврежденные. Обе обмотки будут потемневшие вплоть до обгорания (Рис.7).

Повреждение лакового покрытия ротора также может быть вызвано абразивным износом (Рис.8). Мелкий песок попадая на вращающийся ротор образует сколы на лаковом покрытии.

И в заключение. При диагностике электродвигателя, при кажущемся повреждении только ротора, необходимо обязательно проверить статор. Замерять сопротивление обмоток. Расхождение в 0,2-0,3 ома говорит о неисправности статора. Потемневшие обмотки, даже если сопротивление нормальное, говорит о том, что жить ему осталось недолго. Как говорилось выше, перегрев резко сокращает срок службы детали.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8