Коллектор якоря электродвигателя неисправности

Рис. 1. Универсальный электродвигатель: 1 - Обмотка возбуждения, 2 - Якорь, 3 - Щетка, 4 - Коллектор, 5 - Контакт коллектора, 6 - Якорная обмотка.

Технология сборки и обработки коллекторов электродвигателей постоянного тока
Принято считать, что история электрических машин начинается с создания М. Фарадеем в1821 г. электродвигателя, который представлял собой постоянный магнит, вокруг которого вращался проводник с током.
При создании электрических машин положенны в основу труды таких ученых как: П. Барлоу, Ф. Арато, Д.К. Максвелл, Э. Ленц, Б.С. Якоби и др.
Первым коллекторные электродигатели были построены в1870 г. немецким ученым З. Гролич.
За основу им были взяты ранее выполненные работы итальянского ученого А. Пачинотти по применению кольцевой обмотки.
Электрическая машина с кольцевой обмоткой и коллектором принято называть Пачинотти – Грамма (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Электрическая машина с кольцевой обмоткой Пачинотти – Грамма.
1 – кольцевой якорь; 2 – кольцевая замкнутая обмотка; 3 – отпайки на коллекторные пластины; 4 – щетки; 5 – постоянные электромагниты; 6 – полюсные наконечники.
В этой машине коллектор и обмотка были изготовлены из стали.
Прототипом современных коллекторных электродвигателей постоянного тока стала машина, созданная в1973 г. Ф. Гефнер-Альтенеком и В. Сименсом (рис. 1.2). Ее якорь по форме напоминал барабан, а обмотки и коллектор впервые были изготовлены из меди.
Рис. 1.2. Электрическая машина с барабанным якорем.
1 – коллектор; 2 – якорь; 3- щеточный механизм.
Начав свою историю с машин, в которых электромеханическое преобразование энергии осуществлялось в электрическом поле, в XIX и XX вв. электромеханика достигла больших успехов.
Мощности машин возросли в 100 и 1000 раз, расход материалов на единицу мощности был уменьшен в 10 – 100 раз. Были созданы для различных областей техники уникальные электрические машины не только как силовые преобразователи, но и как индикаторные устройства для точных навигационных и других систем автоматики.
В последнее время каждый день патентные организации во всем мире выдают патенты с названием «Электромашина» . В связи с этим трудно выделить из этого потока выдающиеся изобретения, так как слишком много было создано уникальных электромеханических систем, позволивших решить сложные технические проблемы.
Широкое внедрение электродвигателей во все сферы человеческой деятельности вызывает необходимость как увеличения конструкторских и технологических исполнений, так и улучшения их эксплуатационных и экономических показателей. Высокое качество электродвигателей, их эксплуатационная надежность и снижение трудоемкости изготовления в большой степени зависят от правильно построенного технологического процесса, соответствующего уровню современной технологии, обеспеченной необходимым технологическим оборудованием и оснасткой.

Рис. 6 – Якорь. 1 - бандаж обмотки якоря; 2 - вал якоря; 3 - нажимной конус; 4 - коллектор;5 - петушки коллекторных пластин; 6 - клин обмотки якоря.

Технология электромашиностроительного производства – это часть общей технологии машиностроения, объектом которой является изготовление электрических машин необходимого качества, в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при минимуме себестоимости.
Технологическая структура изготовления электродвигателя включает в себя: производство заготовок, изготовление деталей, сборку машины, испытание, окраску, консервацию и упаковку .
В процессе совершенствования конструкции электродвигателей постоянного тока претерпевали изменения все узлы и детали, в частности серьезные изменения претерпел узел, выполняющий функцию коммутации между якорем и статором. На протяжении длительного времени были опробованы разные материалы и конструктивные решения, в результате чего был получен современный щеточно-коллекторный узел.
Надежность электродвигателей во многом зависит от технологии изготовления ее деталей и сборки.
Работа щеточно-коллекторного узла связана с воздействием трех групп факторов, связанных с электромагнитными процессами, физико-химической природой, скользящего контакта, механическими воздействиями и температурным нагревом.
К факторам электромагнитного характера относятся условия коммутации: электромагнитные нагрузки, напряжения между смежными пластинами, реактивная ЭДС, токовые перегрузки, в значительной мере определяемые настройкой добавочных полюсов.
Факторы физико-химической природы скользящего контакта определяются условиями токосъема (состояние контактной пленки на поверхности коллектора) и состоянием окружающей среды.
Факторы механического воздействия определяются технологическими и конструктивными особенностями машины (ослабление прессовки, эксцентриситет и эллиптичность коллектора, марка щеток и материал коллектора, технология сборки и изготовления, давление на щетку, частота вращения).
При этом наиболее опасными причинами нарушения работы щеточно-коллекторного узла остаются причины, вызванные влиянием факторов именно механического воздействия.
Одними из основных причин механического воздействия, нарушающими работу щеточно-коллекторного узла являются разрушение щеток вследствие нарушения цилиндричности коллектора, то есть наличия выступающих коллекторных пластин, а также искрение под щетками и круговой огонь вследствие биения, эллиптичности и эксцентриситета коллектора.

2 — пакет якоря с обмоткой; 3 — коллектор; 4 — щетки; 5 — якорь тахогенератора (магнитное колесо).  Якорь электродвигателя вращается в подшипниках

Трудоемкость его текущего обслуживания составляет основную долю затрат на содержание двигателя в целом. Особенно трудоемки: обточка коллекторов, устранение последствий круговых огней и «наволакивания» меди в межламельных промежутках. Поскольку эти явления принципиально взаимосвязаны, кардинальное решение проблемы надежности щеточно-коллекторного узла лежит на пути комплексного использования имеющихся резервов.
В частности данная проблема очень остро стоит на тяговых электродвигателях для электровозов.
В тяговых двигателях всех вновь проектируемых электровозов применяют коллекторные профили из медно-кадмиевого сплава (бронзы) БрКд-1. По сравнению с серийно используемой коллекторной медью с присадкой серебра (сплав МС-1) этот материал обеспечивает снижение интенсивности износа коллекторов и щеток в 2-2,5 раза. Он имеет низкий коэффициент трения и высокую стойкость к образованию наволакивания меди. Скользящая пара сплав БрКд-1 и щетки марки ЭГ61А обеспечивают пробеги без обточки коллекторов грузовых электровозов не менее 600 тыс. км, а пассажирских 0,8 - 1 млн. км. Смена щеток требуется через 150 тыс. км на грузовых и через 200 тыс. км на пассажирских электровозах.
И еще, что необходимо сделать в первую очередь - это повысить стабильность качества электрощеток ЭГ-61А. Данная марка - лучшая из отечественных для тяговых двигателей магистральных электровозов, по своим техническим параметрам - допустимой плотности тока, коэффициенту трений, механической прочности - она не уступает, а по некоторым параметрам превосходит электрощетки ведущих зарубежных фирм. Однако в последние годы наблюдается нестабильность технических характеристик электрощеток серийного производства.
Определенные резервы повышения надежности щеточно-коллекторного узла заложены в дальнейшем совершенствовании его конструкции и технологии изготовления. Прежде всего, необходимо повысить поверхностную электрическую прочность и трекингостойкость изоляционных деталей - пальцев кронштейнов щеткодержателей, изоляционного вылета манжеты конуса коллектора.
На современных электровозах внедряется регулируемая система вентиляции, и тяговые двигатели большую часть времени работают при сниженном расходе обдуваемого воздуха до 1/3 номинальной величины. К сожалению, это приводит к недостаточно интенсивному выносу электропроводящих продуктов износа щеток, их осаждению на изоляционных деталях и при сопутствующем увлажнении - к поверхностному электрическому перекрытию.
В процессе работы происходит нагрев электродвигателя, особенно ее коллектора. В отдельных машинах температура нагрева коллектора достигает 200°С. Поэтому в конструкции электродвигателя предусмотрены специальные устройства охлаждения: воздушные, водяные, водородные и др.
Относительно коллектора можно сказать, что является одним из наиболее трудоемких, сложных и дорогостоящих узлов, в значительной мере определяющим срок службы электрической машины. В конструктивном отношении коллектор – это один из наиболее ответственных ее узлов. Он является основным преобразовательным звеном в работе машины. Коллектор вместе со щеточным механизмом исполняет роль выпрямителя в режиме работы машины постоянного тока генератором и роль инвертора – в режиме двигателя.
Сложность конструкции коллектора объясняется, во-первых, структурой кольца, состоящего из большого количества медных пластин, чередующихся с миканитовыми прокладками, во-вторых, сложными геометрическими формами сопряжения металлических и изоляционных деталей, какими являются стальные нажимные конусы, миканитовые манжеты и медные ласточкины хвосты коллекторных пластин, и, наконец, силовыми явлениями, возникающими под действием центробежных сил и температурных изменений.
Эксплуатационные требования, предъявляемые к коллектору, сводятся к обеспечению удовлетворительной работы скользящего контакта, то есть условий безискровой коммутации в сочетании с малым износом рабочей поверхности коллекторных пластин и достаточно длительным сроком службы щеток.
Одним из основных условий, обеспечивающих удовлетворительную работу скользящего контакта, является плотное прилегание щеток к рабочей поверхности коллектора при его вращении с заданной частотой. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы рабочая поверхность коллектора имела строго цилиндрическую форму и геометрическая ось этого цилиндра совпадала с осью вращения якоря.
Для обеспечения хорошей коммутации биение коллектора в собранной машине должно быть не более0,02 ммдля средних коллекторов и не более0,03 мм. Если учесть, что половина этого значения обуславливается зазором подшипников, эксцентриситетом подшипниковых щитов, то на долю допустимого биения коллектора остается 0,015...0,02 мм.
Конструкции коллекторов непрерывно развиваются и совершенствуются.
В настоящее время известны десятки конструкторских исполнений коллекторов для электрических машин малой и средней мощности, а также для крупных машин.
По конструкции и технологии изготовления коллекторы можно разделить на следующие основные типы:
1) колле

Для проверки статора электродвигателя, можно использовать метод "делитель напряжения", показанный на рисунке.11 апреля 2013

Технология сборки и обработки коллекторов электродвигателей постоянного тока.  1 – коллектор; 2 – якорь; 3- щеточный механизм. Начав свою историю с машин, в

Ремонт коллектора электродвигателя. 15 Октября, 2014 114 просмотров Теги: как починить якорь электродвигателя.