1. Wprowadzenie do silników elektrycznych
Silnik elektryczny to urządzenie, które przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną. Wykorzystuje on uzwojenie stojana (tj. uzwojenie wzbudzone) do generowania wirującego pola magnetycznego, które oddziałuje na wirnik (np. zamkniętą aluminiową ramę klatkową), wytwarzając moment obrotowy magnetoelektryczny.
Silniki elektryczne dzieli się na silniki prądu stałego i przemiennego, w zależności od zastosowanego źródła zasilania. Większość silników w systemie elektroenergetycznym to silniki prądu przemiennego, które mogą być silnikami synchronicznymi lub asynchronicznymi (prędkość pola magnetycznego stojana silnika nie utrzymuje prędkości synchronicznej z prędkością obrotową wirnika).
Silnik elektryczny składa się głównie ze stojana i wirnika, a kierunek siły działającej na przewód pod napięciem w polu magnetycznym jest powiązany z kierunkiem prądu i kierunkiem linii indukcji magnetycznej (kierunkiem pola magnetycznego). Zasada działania silnika elektrycznego opiera się na oddziaływaniu pola magnetycznego na siłę działającą na prąd, powodując obrót silnika.
2. Podział silników elektrycznych
① Klasyfikacja według zasilania roboczego
Ze względu na rodzaj źródła zasilania silniki elektryczne można podzielić na silniki prądu stałego i przemiennego. Silniki prądu przemiennego dzielą się również na silniki jednofazowe i trójfazowe.
② Klasyfikacja według struktury i zasady działania
Silniki elektryczne można podzielić na silniki prądu stałego, silniki asynchroniczne i silniki synchroniczne, w zależności od ich konstrukcji i zasady działania. Silniki synchroniczne można również podzielić na silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, silniki synchroniczne reluktancyjne i silniki synchroniczne histerezowe. Silniki asynchroniczne można podzielić na silniki indukcyjne i silniki komutatorowe prądu przemiennego. Silniki indukcyjne dzielą się dalej na trójfazowe silniki asynchroniczne i silniki asynchroniczne o biegunach zwartych. Silniki komutatorowe prądu przemiennego dzielą się również na jednofazowe silniki szeregowo wzbudzone, silniki prądu przemiennego i prądu stałego o podwójnym przeznaczeniu oraz silniki odpychające.
③ Podział według trybu uruchamiania i działania
Silniki elektryczne można podzielić na jednofazowe silniki asynchroniczne z rozruchem kondensatorowym, jednofazowe silniki asynchroniczne zasilane kondensatorem, jednofazowe silniki asynchroniczne z rozruchem kondensatorowym oraz jednofazowe silniki asynchroniczne z fazą rozdzieloną, w zależności od sposobu rozruchu i pracy.
④ Klasyfikacja według celu
Silniki elektryczne można podzielić na silniki napędowe i silniki sterujące, w zależności od ich przeznaczenia.
Silniki elektryczne do napędzania dzielą się dalej na narzędzia elektryczne (w tym wiertarki, polerowacze, dłutownice, narzędzia tnące i roztłaczające), silniki elektryczne do urządzeń gospodarstwa domowego (w tym pralki, wentylatory elektryczne, lodówki, klimatyzatory, rejestratory, magnetowidy, odtwarzacze DVD, odkurzacze, aparaty fotograficzne, dmuchawy elektryczne, golarki elektryczne itp.) i inny ogólny mały sprzęt mechaniczny (w tym różne małe obrabiarki, małe maszyny, sprzęt medyczny, instrumenty elektroniczne itp.).
Silniki sterujące dzielimy dalej na silniki krokowe i silniki serwo.
⑤ Klasyfikacja według struktury wirnika
Ze względu na budowę wirnika silniki elektryczne można podzielić na silniki indukcyjne klatkowe (dawniej zwane silnikami asynchronicznymi klatkowymi) i silniki indukcyjne z wirnikiem uzwojonym (dawniej zwane silnikami asynchronicznymi uzwojonymi).
⑥ Klasyfikowane według prędkości roboczej
Silniki elektryczne można podzielić na silniki szybkoobrotowe, silniki wolnoobrotowe, silniki o stałej prędkości i silniki o zmiennej prędkości, w zależności od ich prędkości roboczej.
⑦ Klasyfikacja według formy ochronnej
a. Typ otwarty (taki jak IP11, IP22).
Oprócz niezbędnej konstrukcji wsporczej silnik nie posiada żadnej specjalnej ochrony dla części wirujących i będących pod napięciem.
b. Typ zamknięty (taki jak IP44, IP54).
Części obrotowe i pod napięciem wewnątrz obudowy silnika wymagają niezbędnej ochrony mechanicznej, aby zapobiec przypadkowemu kontaktowi, ale nie utrudnia to znacząco wentylacji. Silniki z zabezpieczeniem dzielą się na następujące typy ze względu na ich różne systemy wentylacji i zabezpieczeń.
ⓐ Rodzaj osłony siatkowej.
Otwory wentylacyjne silnika są zabezpieczone perforowanymi osłonami, co zapobiega kontaktowi obracających się i będących pod napięciem części silnika z przedmiotami zewnętrznymi.
ⓑ Odporne na kapanie.
Konstrukcja otworu odpowietrzającego silnika zapobiega przedostawaniu się pionowo spadających cieczy lub ciał stałych do wnętrza silnika.
ⓒ Odporny na zachlapanie.
Budowa otworu odpowietrzającego silnika zapobiega przedostawaniu się cieczy lub ciał stałych do wnętrza silnika w dowolnym kierunku w zakresie kąta pionowego wynoszącym 100°.
ⓓ Zamknięte.
Konstrukcja obudowy silnika może uniemożliwić swobodną wymianę powietrza wewnątrz i na zewnątrz obudowy, ale nie wymaga całkowitego uszczelnienia.
ⓔ Wodoodporny.
Konstrukcja obudowy silnika może zapobiec przedostawaniu się wody pod pewnym ciśnieniem do wnętrza silnika.
ⓕ Wodoszczelne.
Gdy silnik jest zanurzony w wodzie, konstrukcja obudowy silnika może zapobiec przedostawaniu się wody do wnętrza silnika.
ⓖ Styl nurkowania.
Silnik elektryczny może pracować w wodzie przez długi czas przy znamionowym ciśnieniu wody.
ⓗ Odporne na wybuch.
Konstrukcja obudowy silnika jest wystarczająca, aby zapobiec przeniesieniu wybuchu gazu wewnątrz silnika na zewnątrz, powodując eksplozję gazu palnego na zewnątrz silnika. Oficjalne konto „Literatura Inżynierii Mechanicznej”, stacja benzynowa dla inżynierów!
⑧ Podział według metod wentylacji i chłodzenia
a. Samoczynne chłodzenie.
Silniki elektryczne chłodzą się wyłącznie za pomocą promieniowania powierzchniowego i naturalnego przepływu powietrza.
b. Wentylator z chłodzeniem własnym.
Silnik elektryczny napędzany jest wentylatorem, który dostarcza powietrze chłodzące w celu schłodzenia powierzchni lub wnętrza silnika.
c. Chłodzony wentylatorem.
Wentylator dostarczający powietrze chłodzące nie jest napędzany samym silnikiem elektrycznym, lecz jest napędzany niezależnie.
d. Typ wentylacji rurociągowej.
Powietrze chłodzące nie jest bezpośrednio wprowadzane ani odprowadzane z zewnątrz ani z wnętrza silnika, lecz jest wprowadzane lub odprowadzane z silnika poprzez rurociągi. Wentylatory do wentylacji rurociągów mogą być chłodzone wentylatorem własnym lub innym.
e. Chłodzenie cieczą.
Silniki elektryczne chłodzone są cieczą.
f. Chłodzenie gazu w obiegu zamkniętym.
Obieg czynnika chłodzącego silnik odbywa się w obiegu zamkniętym, obejmującym silnik i chłodnicę. Czynnik chłodzący pochłania ciepło przepływając przez silnik i oddaje je przepływając przez chłodnicę.
g. Chłodzenie powierzchniowe i chłodzenie wewnętrzne.
Medium chłodzące, które nie przepływa przez wnętrze przewodu silnika, nazywa się chłodzeniem powierzchniowym, natomiast medium chłodzące, które przepływa przez wnętrze przewodu silnika, nazywa się chłodzeniem wewnętrznym.
⑨ Klasyfikacja według formy struktury instalacji
Sposób montażu silników elektrycznych jest zazwyczaj oznaczony kodami.
Kod ten jest reprezentowany przez skrót IM oznaczający instalację międzynarodową,
Pierwsza litera w IM oznacza kod typu instalacji, B oznacza instalację poziomą, a V oznacza instalację pionową;
Druga cyfra oznacza kod funkcji zapisany cyframi arabskimi.
⑩ Klasyfikacja według poziomu izolacji
Poziom A, poziom E, poziom B, poziom F, poziom H, poziom C. Klasyfikacja poziomu izolacji silników jest przedstawiona w poniższej tabeli.
⑪ Klasyfikowane według nominalnej liczby godzin pracy
System pracy ciągły, przerywany i krótkoterminowy.
System pracy ciągłej (SI). Silnik zapewnia długotrwałą pracę w zakresie wartości znamionowej podanej na tabliczce znamionowej.
Czas pracy krótkotrwałej (S2). Silnik może pracować tylko przez ograniczony czas, przy wartości znamionowej podanej na tabliczce znamionowej. Istnieją cztery rodzaje norm czasu pracy krótkotrwałej: 10 min, 30 min, 60 min i 90 min.
Układ pracy przerywanej (S3). Silnik może być używany tylko okresowo i okresowo, zgodnie z wartością znamionową podaną na tabliczce znamionowej, wyrażoną w procentach 10 minut na cykl. Na przykład, FC = 25%. S4 do S10 należą do kilku układów pracy przerywanej w różnych warunkach.
9.2.3 Typowe usterki silników elektrycznych
Silniki elektryczne podczas długotrwałej eksploatacji często ulegają różnym usterkom.
Jeśli moment obrotowy przenoszony między złączem a reduktorem jest duży, otwór łączący na powierzchni kołnierza wykazuje poważne zużycie, co zwiększa szczelinę pasowania połączenia i prowadzi do niestabilnego przenoszenia momentu obrotowego; zużycie łożyska spowodowane uszkodzeniem łożyska wału silnika; zużycie między głowicami wału a rowkami wpustowymi itp. Po wystąpieniu takich problemów tradycyjne metody koncentrują się głównie na naprawach spawalniczych lub obróbce skrawaniem po szczotkowaniu, ale obie mają pewne wady.
Naprężeń termicznych generowanych przez spawanie naprawcze w wysokiej temperaturze nie da się całkowicie wyeliminować, co prowadzi do zginania i pękania. Jednak powlekanie szczotkowe jest ograniczone grubością powłoki i podatne na łuszczenie, a obie metody wykorzystują metal do naprawy metalu, co nie zmienia relacji „twardy do twardego”. Przy łącznym działaniu różnych sił nadal będzie to powodować ponowne zużycie.
Współczesne kraje zachodnie często wykorzystują polimerowe materiały kompozytowe jako metody naprawcze, aby rozwiązać te problemy. Zastosowanie materiałów polimerowych do naprawy nie wpływa na naprężenia termiczne podczas spawania, a grubość naprawy nie jest ograniczona. Jednocześnie materiały metalowe w produkcie nie są wystarczająco elastyczne, aby absorbować uderzenia i wibracje sprzętu, zapobiegać ponownemu zużyciu i wydłużać żywotność podzespołów, co pozwala przedsiębiorstwom zaoszczędzić czas przestojów i generuje ogromną wartość ekonomiczną.
(1) Zjawisko usterki: Silnik nie może uruchomić się po podłączeniu
Powody i sposoby postępowania są następujące.
① Błąd w okablowaniu uzwojenia stojana – sprawdź okablowanie i usuń błąd.
② Przerwa w uzwojeniu stojana, zwarcie doziemne, przerwa w uzwojeniu silnika z wirnikiem uzwojonym – zidentyfikuj punkt usterki i wyeliminuj go.
③ Nadmierne obciążenie lub zablokowany mechanizm przekładni – sprawdź mechanizm przekładni i obciążenie.
④ Przerwa w obwodzie wirnika silnika z wirnikiem uzwojonym (słaby kontakt szczotki z pierścieniem ślizgowym, przerwa w obwodzie reostatu, słaby kontakt w przewodzie itp.) – zidentyfikuj punkt przerwy w obwodzie i napraw go.
⑤ Napięcie zasilania jest zbyt niskie – sprawdź przyczynę i usuń ją.
⑥ Zanik fazy zasilania – sprawdź obwód i przywróć zasilanie trójfazowe.
(2) Zjawisko usterki: Zbyt wysoki wzrost temperatury silnika lub dymienie
Powody i sposoby postępowania są następujące.
① Przeciążenie lub zbyt częste uruchamianie – zmniejsz obciążenie i liczbę uruchomień.
② Zanik fazy podczas pracy – sprawdź obwód i przywróć trójfazowość.
③ Błąd w okablowaniu uzwojenia stojana – sprawdź okablowanie i popraw je.
④ Uzwojenie stojana jest uziemione, a występuje zwarcie między zwojami lub fazami – zlokalizuj miejsce uziemienia lub zwarcia i napraw je.
⑤ Uszkodzone uzwojenie wirnika klatkowego – wymienić wirnik.
⑥ Brak fazy w uzwojeniu wirnika – zidentyfikuj punkt usterki i napraw go.
⑦ Tarcie między stojanem a wirnikiem – sprawdź łożyska i wirnik pod kątem odkształceń, napraw lub wymień.
⑧ Słaba wentylacja – sprawdź, czy wentylacja nie jest zablokowana.
⑨ Napięcie za wysokie lub za niskie – sprawdź przyczynę i usuń ją.
(3) Zjawisko usterki: Nadmierne drgania silnika
Powody i sposoby postępowania są następujące.
① Niewyważony wirnik – wyważenie wyrównujące.
② Niewyważone koło pasowe lub wygięte przedłużenie wału – sprawdź i skoryguj.
③ Silnik nie jest wyrównany z osią obciążenia – sprawdź i wyreguluj oś urządzenia.
④ Nieprawidłowy montaż silnika – sprawdź śruby montażowe i fundamentowe.
⑤ Nagłe przeciążenie – zmniejsz obciążenie.
(4)Zjawisko usterki: Nieprawidłowy dźwięk podczas pracy
Powody i sposoby postępowania są następujące.
① Tarcie między stojanem a wirnikiem – sprawdź łożyska i wirnik pod kątem odkształceń, napraw lub wymień.
② Uszkodzone lub słabo nasmarowane łożyska – wymień i wyczyść łożyska.
③ Zanik fazy silnika – sprawdź punkt przerwania obwodu i napraw go.
④ Kolizja łopatki z obudową – sprawdź i usuń usterki.
(5) Zjawisko usterki: Prędkość obrotowa silnika pod obciążeniem jest zbyt niska
Powody i sposoby postępowania są następujące.
① Napięcie zasilania jest zbyt niskie – sprawdź napięcie zasilania.
② Nadmierne obciążenie – sprawdź obciążenie.
③ Uzwojenie wirnika klatkowego jest uszkodzone – należy wymienić wirnik.
④ Słaby lub odłączony styk jednej fazy grupy przewodów uzwojenia wirnika – sprawdź nacisk szczotek, styk między szczotką a pierścieniem ślizgowym oraz uzwojenie wirnika.
(6) Zjawisko usterki: Obudowa silnika jest pod napięciem
Powody i sposoby postępowania są następujące.
① Słabe uziemienie lub wysoka rezystancja uziemienia – Podłącz przewód uziemiający zgodnie z przepisami, aby wyeliminować błędy słabego uziemienia.
② Uzwojenia są wilgotne – poddaj je zabiegowi suszenia.
③ Uszkodzenie izolacji, kolizja z przewodem – Zanurz izolację w farbie, aby naprawić izolację, podłącz ponownie przewody. 9.2.4 Procedury obsługi silnika
① Przed demontażem należy usunąć kurz z powierzchni silnika za pomocą sprężonego powietrza i wytrzeć go do czysta.
② Wybierz miejsce demontażu silnika i wyczyść środowisko na miejscu.
③ Znajomość cech konstrukcyjnych i wymagań technicznych dotyczących konserwacji silników elektrycznych.
④ Przygotuj niezbędne narzędzia (w tym narzędzia specjalistyczne) i sprzęt do demontażu.
⑤ Aby lepiej zrozumieć usterki w działaniu silnika, przed demontażem, jeśli pozwalają na to warunki, można przeprowadzić test kontrolny. W tym celu silnik jest testowany pod obciążeniem, a temperatura, poziom hałasu, wibracje i inne parametry każdej jego części są szczegółowo sprawdzane. Testowane są również napięcie, prąd, prędkość obrotowa itp. Następnie odłącza się obciążenie i przeprowadza oddzielny test kontrolny bez obciążenia, mierząc prąd i straty bez obciążenia, a wyniki są dokumentowane. Oficjalne konto „Literatura Inżynierii Mechanicznej”, stacja benzynowa dla inżynierów!
⑥ Odłącz zasilanie, odłącz zewnętrzne okablowanie silnika i zachowaj dokumentację.
⑦ Wybierz odpowiedni megaomomierz napięciowy do pomiaru rezystancji izolacji silnika. Aby porównać wartości rezystancji izolacji zmierzone podczas ostatniej konserwacji i określić trend zmian izolacji oraz stan izolacji silnika, wartości rezystancji izolacji zmierzone w różnych temperaturach należy przeliczyć na tę samą temperaturę, zazwyczaj 75°C.
⑧ Sprawdź współczynnik absorpcji K. Jeśli współczynnik absorpcji K>1,33, oznacza to, że izolacja silnika nie została naruszona przez wilgoć lub stopień zawilgocenia nie jest wysoki. Aby porównać z poprzednimi danymi, konieczne jest również przeliczenie współczynnika absorpcji zmierzonego w dowolnej temperaturze na tę samą temperaturę.
9.2.5 Konserwacja i naprawa silników elektrycznych
Gdy silnik pracuje lub działa nieprawidłowo, istnieją cztery metody zapobiegania usterkom i terminowego ich usuwania, a mianowicie: obserwacja, słuchanie, wąchanie i dotykanie, aby zapewnić bezpieczną pracę silnika.
(1) Spójrz
Należy zwrócić uwagę, czy podczas pracy silnika nie występują żadne nieprawidłowości, które objawiają się głównie w następujących sytuacjach.
① W przypadku zwarcia uzwojenia stojana z silnika może wydobywać się dym.
② Gdy silnik jest poważnie przeciążony lub wychodzi poza fazę, prędkość spada i słychać głośny „brzęczący” dźwięk.
③ Gdy silnik pracuje normalnie, ale nagle się zatrzymuje, na luźnym połączeniu mogą pojawić się iskry. Zjawisko to występuje, gdy przepala się bezpiecznik lub któryś z podzespołów jest zablokowany.
④ Jeżeli silnik mocno wibruje, przyczyną może być zacięcie się przekładni, słabe zamocowanie silnika, poluzowane śruby fundamentowe itp.
⑤ Jeśli na wewnętrznych stykach i połączeniach silnika widoczne są przebarwienia, ślady przypalenia i plamy dymu, może to oznaczać, że nastąpiło lokalne przegrzanie, słaby styk na połączeniach przewodników lub spalone uzwojenia.
(2) Słuchaj
Silnik powinien wydawać jednostajny i lekki „brzęczący” dźwięk podczas normalnej pracy, bez żadnych hałasów ani odgłosów specjalnych. Zbyt wysoki poziom hałasu, w tym hałas elektromagnetyczny, hałas łożysk, hałas wentylacji, hałas tarcia mechanicznego itp., może być zwiastunem lub objawem awarii.
① Jeśli chodzi o szum elektromagnetyczny, to jeżeli silnik wydaje głośny i ciężki dźwięk, przyczyn może być kilka.
a. Szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem jest nierównomierna, a dźwięk waha się od wysokiego do niskiego z jednakową częstotliwością. Jest to spowodowane zużyciem łożysk, które powoduje, że stojan i wirnik nie są współosiowe.
b. Prąd trójfazowy jest niesymetryczny. Wynika to z nieprawidłowego uziemienia, zwarcia lub słabego styku uzwojenia trójfazowego. Jeśli dźwięk jest bardzo stłumiony, oznacza to, że silnik jest poważnie przeciążony lub nie jest w fazie.
c. Luźny rdzeń żelazny. Wibracje silnika podczas pracy powodują poluzowanie śrub mocujących rdzeń żelazny, co powoduje poluzowanie się blachy krzemowej rdzenia żelaznego i emisję hałasu.
② Hałas łożysk należy regularnie monitorować podczas pracy silnika. Metodą monitorowania jest dociskanie jednego końca śrubokręta do powierzchni montażowej łożyska, a drugiego końca do ucha, aby usłyszeć dźwięk pracy łożyska. Jeśli łożysko pracuje prawidłowo, jego dźwięk będzie ciągłym i cichym „szelestem”, bez wahań wysokości ani odgłosów tarcia metalu. Występowanie poniższych dźwięków uważa się za nieprawidłowe.
a. Podczas pracy łożyska słychać „pisk”, który jest dźwiękiem tarcia metalu, zwykle spowodowanym brakiem oleju w łożysku. Łożysko należy zdemontować i uzupełnić odpowiednią ilością smaru.
b. Jeśli słychać „skrzypienie”, to jest to dźwięk wydawany podczas obrotu kulki, zwykle spowodowany wysychaniem smaru lub brakiem oleju. Można dodać odpowiednią ilość smaru.
c. Jeśli słychać „klikanie” lub „skrzypienie”, jest to dźwięk generowany przez nieregularny ruch kulki w łożysku, co jest spowodowane uszkodzeniem kulki w łożysku lub długotrwałym użytkowaniem silnika i wysychaniem smaru.
③ Jeżeli mechanizm transmisyjny i mechanizm napędzany emitują dźwięki ciągłe, a nie zmienne, można sobie z nimi poradzić w następujący sposób.
a. Okresowe dźwięki „trzaskania” są spowodowane nierównymi połączeniami paska.
b. Okresowy dźwięk „stukotu” jest spowodowany luźnym sprzęgłem lub kołem pasowym pomiędzy wałami, a także zużytymi klinami lub rowkami klinowymi.
c. Nierównomierny dźwięk zderzenia powstaje na skutek zderzenia łopat wentylatora z pokrywą.
(3) Zapach
Wyczuwając zapach silnika, można również zidentyfikować i zapobiec usterkom. Wyczuwalny specyficzny zapach farby oznacza zbyt wysoką temperaturę wewnętrzną silnika. Silny zapach spalenizny może być spowodowany uszkodzeniem warstwy izolacyjnej lub przepaleniem uzwojenia.
(4) Dotyk
Dotknięcie temperatury niektórych części silnika może również pomóc w ustaleniu przyczyny awarii. Dla bezpieczeństwa, należy dotykać grzbietem dłoni otaczające części obudowy silnika i łożyska. Stwierdzenie odchyleń temperatury może mieć kilka przyczyn.
① Słaba wentylacja. Na przykład oderwanie wentylatora, zablokowane kanały wentylacyjne itp.
② Przeciążenie. Powoduje nadmierny prąd i przegrzanie uzwojenia stojana.
③ Zwarcie pomiędzy uzwojeniami stojana lub asymetria prądu trójfazowego.
④ Częste ruszanie i hamowanie.
⑤ Jeżeli temperatura wokół łożyska jest zbyt wysoka, może to być spowodowane uszkodzeniem łożyska lub brakiem oleju.
Czas publikacji: 06-10-2023
