Специальная часть. 
Ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором 4МТМ225L8 с разработкой технологии демонтажа обмоток ротора

Технология ремонта асинхронного двигателя 4МТМ225L8

Принцип работы асинхронных электродвигателей.

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. щ1=2рf/p.

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим магнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора щ2 не равна угловой скорости магнитного поля щ1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля щ1 и ротора щ2: s=(щ1-щ2)/щ1.

Рисунок 1-Асинхронный двигатель Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: щ2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью щ2>щ1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1ч0), генераторный (s=0ч-8) режимы и режим противовключення (s=1ч+8). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Асинхронный двигатель с фазным ротором (рисунок 1. и 2) применяют для привода таких машин и механизмов, которые пускаются в ход под нагрузкой (краны, лифты и пр.). В подобных приводах двигатель должен развивать при пуске максимальный момент, что достигается с помощью пускового реостата.

Рассматриваемый асинхронный двигатель4МТМ225L8 используется для работы в электроприводах металлургических агрегатов и подъемно-транспортных механизмах всех видов в макроклиматических районах с умеренным (У), тропическим (Т), умеренно-холодным (УХЛ) и общеклиматическим (О) климатом в условиях, определяемых категорией размещения по ГОСТ 15 150.

В двигателе 4МТМ225L8с фазным ротором статор выполнен так же, как и в двигателе той же серии с короткозамкнутым ротором. На роторе же расположена трехфазная обмотка, состоящая из трех, шести, девяти и т. д. катушек (в зависимости от числа полюсов машины), сдвинутых одна относительно другой на 120° (в двухполюсной машине), 60° (в четырехполюсной) и т. д. Числа полюсов обмоток статора и ротора берутся одинаковыми.

Рисунок 2. Схема включения двигателя с фазным ротором.

Рисунок 3. Основные конструктивные узлы асинхронного двигателя с фазным ротором: 1 — приспособление для подъема щеток; 2, 12 —- подшипниковые щиты; 3 — щеткодержатели; 4 — траверса; 5 — обмотка статора; 6 — остов; 7 — сердечник статора; 8 — коробка с выводами; 9 — сердечник ротора; 10 — обмотка ротора; 11 — контактные кольца.

Обмотку фазного ротора соединяют «звездой». Концы ее присоединяют к трем контактным кольцам, к которым посредством щеток подключают трехфазный пусковой реостат, т. е. в каждую фазу ротора в момент пуска вводят дополнительное активное сопротивление.

Для уменьшения износа контактных колец и щеток двигатели с фазным ротором иногда снабжают приспособлениями для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата.

Асинхронный двигатель 4МТМ225L8с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Капитальный ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором чтобы определить объем ремонта электрической машины, необходимо выявить характер ее неисправностей. Неисправности электрической машины разделяют на внешние и внутренние.

К внешним неисправностям относятся: обрыв одного или нескольких проводов, соединяющих машину с сетью, или неправильное соединение; перегорание плавкой вставки предохранителя; неисправности аппаратуры пуска или управления, пониженное или повышенное напряжение питающей сети; перегрузка машины; плохая вентиляция.

Внутренние неисправности электрических машин могут быть механическими и электрическими.

Механические повреждения: нарушение работы подшипников; деформация или поломка вала ротора (якоря); разбалтывание пальцев щеткодержателей; образование глубоких выработок («дорожек») на поверхности коллектора и контактных колец; ослабление крепления полюсов или сердечника статора к станине; обрыв или сползание проволочных бандажей роторов (якорей); трещины и подшипниковых щитах или в станине и др.

Электрические повреждения: межвитковые замыкания; обрывы в обмотках; пробой изоляции на корпус; старение изоляции; распайка соединений обмотки с коллектором; неправильная полярность полюсов; неправильные соединения в катушках и др.

Наиболее распространенные неисправности асинхронных электродвигателей:

• 1) перегрузка или перегрев статора электродвигателя — 31%;
• 2) межвитковое замыкание — 15%;
• 3) повреждения подшипников — 12%;
• 4) повреждение обмоток статора или изоляции — 11%;
• 5) неравномерный воздушный зазор между статором и ротором — 9%;
• 6) работа электродвигателя на двух фазах — 8%;
• 7) обрыв или ослабление крепления стержней в беличьей клетке — 5%;
• 8) ослабление крепления обмоток статора — 4%;
• 9) дисбаланс ротора электродвигателя — 3%;
• 10) несоосность валов — 2%;

Технологический процесс ремонта электродвигателей состоит из следующих этапов и операций:

• 1) прием и определение неисправностей электродвигателя:
  • — механических и электрических неисправностей;
  • — причины выхода из строя;
  • — определение вида и целесообразности ремонта;
• 2) подготовка электродвигателя к укладке:
  • — отжиг в электропечи с автоматическим контролем при следующих условиях: Температура отжига = 350⁰ С, время отжига = 6 ч;
  • — определение обмоточных данных и сравнение их со справочными.
  • — оптимизация обмоточных данных;
• 3) изготовление обмотки электродвигателя:
  • — изготовление пазовой изоляции;
  • — изготовление фазных секций на оборудовании с автоматическим отсчетом; количества витков в катушке и электромеханическим контролем;
  • — укладка фазных секций;
  • — выполнение коммутационных работ;
  • — бандажирование и формирование лобовых частей;
• 4) предварительные испытания, пропитка и сушка обмоток:
  • — проверка состояния витковой изоляции;
  • — проверка состояния межфазной и корпусной изоляции;
  • — измерение сопротивления изоляции электродвигателя;
  • — пропитка обмотки и сушка электродвигателя в электропечи с автоматическим контролем, при обязательном условии: Температура сушки = 120⁰ С, время сушки = 6 ч.
  • — измерение сопротивления обмотки.
• 5) cборка электродвигателя:
  • — восстановление посадочных мест.
  • — замена подшипников.
  • — заварка трещин.
  • — восстановление крепежных соединений.
  • — покраска.
• 6) Окончательные испытания электродвигателя:
  • — определение параметров I_х.х..(A).
  • — определение n_х.х.. (об/мин).
  • — контроль работы подшипников
  • — контроль t _х.х.. ⁰С.

Проверка двигателя. Для проверки состояния двигателя, устранении неисправностей и повышения надежности периодически производят капитальные и текущие ремонты двигателей. В объем капитального ремонта входят полная разборка с выемкой ротора, чистка, осмотр и проверка статора и ротора, устранение выявленных дефектов (например, перебандажировка схемной части обмотки статора, переклиновка ослабевших клиньев, покраска лобовых частей обмотки и расточки статора), промывка и проверка подшипников скольжения, замена подшипников качения, проведение профилактических испытаний. В объем текущего ремонта входят замена масла и измерение зазоров в подшипниках скольжения, замена или добавление смазки и осмотр сепараторов в подшипниках качения, чистка и обдувка статора и ротора при снятой задней крышке, осмотр обмоток в доступных местах.

Периодичность капитальных и текущих ремонтов электродвигателей устанавливается по местным условиям. Она должна быть не только обоснована для каждой группы двигателей по температуре и загрязненности окружающего воздуха, но и учитывать требования заводов-изготовителей, выявившуюся недостаточную надежность отдельных узлов. Капитальный ремонт электродвигателей, работающих нормально, без замечаний, по-видимому, целесообразно проводить во время капитальных ремонтов основных агрегатов (котлов, турбин), на которых электродвигатели установлены, т. е. 1 раз в 3—5 лет, но не реже. При этом будут обеспечены одинаковые уровни надежности электродвигателей и основного агрегата. Текущий ремонт электродвигателей обычно проводят 1—2 раза в год. В целях сокращения трудозатрат на работы по центровке и подготовке рабочего места ремонт электродвигателя целесообразно совмещать с ремонтом механизма, на котором он установлен.

Разборка двигателя. Для разборки двигатель стропится на крюк подъемного устройства за ремболт и перемещается на свободное место или разворачивается на фундаменте.

Снятие и установка полумуфты. Для надежной работы полумуфты в большинстве случаев устанавливаются с напряженной посадкой. Для этого диаметр отверстия в полумуфте должен быть точно равен номинальному диаметру выступающего конца вала или превышать его не более чем на 0,03—0,04 мм. Снятие полумуфт удобней всего производить съемником. Установка полумуфты на вал крупных двигателей, как правило, производится с подогревом ее до 250 °C, когда пруток из олова на чинает плавиться.

После снятия полумуфты замеряются зазоры в подшипниках и зазоры между ротором и статором. Отклонение от среднего значения зазора не должно превышать ±10%. При наличии над двигателем крана или монорельса выемку и ввод ротора в статор удобней всего производить при помощи скобы. Скоба ступицей надевается на конец вала ротора и стропится на крюк подъемного устройства. Затем ротор выводят из статора и укладывают в удобном для ремонта месте.

Осмотр двигателя. При осмотре активной стали статора следует убедиться в плотности прессовки ее, как это указано для генераторов, и проверить прочность крепления распорок в каналах. При слабой прессовке возникает вибрация листов, которая приводит к разрушению межлистовой изоляции стали и затем к местному нагреву ее и обмотки. Вибрирующими листами стали зубцов истирается изоляция обмотки статора. Наконец, листы зубцов от длительной вибрации могут отломиться у основания и при выпадании задеть за ротор, врезаться в пазовую изоляцию обмотки статора до меди. Уплотнение листов стали производится закладкой листочков слюды с лаком или забивкой гетинаксовых клиньев. При осмотре ротора проверяется состояние вентиляторов и их крепления. Проверяется также плотность посадки стержней обмотки в пазах, отсутствие трещин, обрыва стержней, следов нагрева и нарушения пайки в местах выхода их из короткозамыкающих колец. электрический ротор двигатель ремонт При осмотре подшипников скольжения обращают внимание на то, как работал вкладыш, а также на отсутствие торцевой выработки, трещин, отставания, подплавления или натаскивания баббита.

В правильно пришабренном вкладыше зона касания вала поверхности вкладыша (рабочая зона) располагается по всей его нижней поверхности примерно на 1/6 части окружности. Карман для масла должен переходить на рабочую зону вкладыша плавно, безизлома. При этом создаются хорошие условия для затягивания масла под шейку вала.

При осмотре подшипников качения после их промывки бензином проверяются легкость и плавность вращения, отсутствие заеданий, притормаживания и ненормального шума, нет ли обрыва заклепок, трещин в сепараторе, не имеет ли он чрезмерного люфта, не касается ли колец, нет ли недопустимого радиального или осевого люфта наружного кольца.

При обнаружении дефектов в деталях подшипника, в том числе малейших раковин, точечных подплавлений от электросварки, этот подшипник должен быть заменен. Подшипники, работающие в особо тяжелых условиях, например в крупных двигателях на 3000 об/мин, следует заменить независимо от их состояния по истечении 5000—8000 ч работы.

В подшипниках качения двигателей применяются мазеподобные (консистентные) смазки, представляющие собой смесь минерального масла (80—90%) и мыла, играющего роль загустителя. Наиболее подходящими смазками для подшипников качения двигателей являются высококачественные смазки ЛИТОЛ-24, ЦИАТИМ-201 и др., обеспечивающие нормальную работу как при низких (до —40°С), так и при высоких (до +120 °С) температурах.

Для электродвигателей, установленных в помещении, наряду с указанными смазками широко применяется универсальная тугоплавкая водостойкая смазка марки УТВ (1−13).

Сравнительно частой причиной преждевременного выхода из строя подшипников качения является их неправильная посадка на вал: с чрезмерно большим натягом, со слабиной или перекосом. В двигателях на 1500 об/мин и ниже чаще всего применяется напряженная посадка подшипников на вал и плотная в торцевой крышке. В двигателях на 3000 об/мин и частично при более низкой частоте вращения применяются посадки с меньшим натягом: плотная на валу и скольжения — в торцевой крышке.

Если двигатель еще возможно просушить, то производится сушка двигателя. Двигатели, имеющие пониженное сопротивление изоляции, подвергаются сушке. В условиях эксплуатации чаще всего сушка осуществляется внешним нагреванием путем подачи горячего воздуха в двигатель через имеющиеся в нем проемы или люки от воздуходувки или потерями в меди обмотки статора и ротора путем включения обмотки статора на пониженное напряжение. Еще лучшие результаты получаются при одновременном применении обоих способов.

Двигатели 6 кВ при сушке включаются на напряжение 380—500 В, двигатели 3 кВ —на 220 В, а двигатели 380 В — на 36 В.

Температура обмотки во время сушки не должна превышать 90 °C, если она определяется измерением сопротивления, и 70 °C при измерении термометром. Контроль сушки ведется по изменению сопротивления изоляции. Сушка считается законченной, когда сопротивление изоляции после понижения до минимального значения и последующего подъема в течение нескольких часов остается неизменным.

Ремонт двигателя. Если электродвигатель неисправен, то производится перемотка статорной или роторной обмотки (выемка старой обмотки и изоляции; подбор или расчет данных по обмотке; намотка и укладка катушек обмотки; соединение катушек в схему пайкой или сваркой; связка лобовых частей кипирной лентой и расклинивание обмотки в пазах). Далее, после перемотки, двигатель припитывают и сушат в печи. После чего производят сборку, проверку и испытания электродвигателя.

Технология демонтажа обмотки ротора Если при ремонте машины полностью перематывают обмотки, то поврежденные обмотки демонтируют, используя приспособления, показанные на рисунке 4. Стержни ротора извлекают из пазов при помощи устройства, состоящего из зажима 7, распорки 2 хомута 5 и гайки 3.

Хомут устанавливают на предварительно обернутую картоном в два слоя шейку вала 4, закрепляют конец стержня 6 в зажиме, а затем медленным вращением гайки вытягивают стержень из паза.

Механизированный демонтаж роторных обмоток осуществляют следующим образом. На лобовую часть извлекаемой из пазов катушки статора надевают крюк 17 заключенный в обойму, прикрепленную к тросу 12.

С другой стороны статора эту катушку разрезают. При вращении барабана 13, приводимого в движение через редуктор 14, трос наматывается на него, натягивается и зажимает лобовую часть обмотки между крюком и подвижной рейкой 16.

При дальнейшем вращении барабана обмотка извлекается из пазов статора. После ослабления троса рейка под действием пружины 75 возвращается в исходное положение, а крюк освобождается от извлеченной из пазов катушки.

Схема участка (рабочего места) для выполнения заданного технологического процесса Рабочее место (рисунок 5) — это часть пространства, приспособленная для выполнения работником или группой их своего производственного задания. Рабочее место, как правило, оснащено основным и вспомогательным оборудованием (станки, механизмы, энергетические установки и т. д.), технологической (инструмент, приспособления, контрольно-измерительные приборы) оснасткой. Правильная организация рабочего места обеспечивает рациональные движения работающего и сокращает до минимума затраты времени на отыскание и использование инструмента и материалов.

Рисунок 5. Рабочее место:1. Съемник гидравлический СГ-1, 2- Съемник для снятия контактных колец, 3 — Станок универсальный, 4 — Стойка для роторов, 5 — Натяжное устройство, 6 — Передвижной рабочий стол, 7 — Шкаф-стиллаж с интрументами, 8 — Шкаф с измерительной аппаратурой, 9 — Шкаф с рабочей одеждой, 10 — Стул-табурет, 11 — станок для намотки обмотки ротора.

Передвижной стол используют при разборке, промывке и сборке различного электрооборудования. Он также служит транспортным средством для перевозки груза. Столешница облицована бумажно-слоистым пластиком с окантовкой из стального уголка. В нижней части стола имеется металлическая полка из стального листа толщиной 1,5 мм, предназначенная для складирования технологической оснастки и вспомогательных материалов. Стол установлен на колеса (с ободом из маслостойкой резины) с подшипниками качения. Это обеспечивает хорошую маневренность и не требует больших усилий на его передвижение.

Шкаф-стеллаж предназначен для хранения крупных приспособлений и запасного инструмента, используемого при ремонте электрооборудования. В верхних отделениях хранятся различные материалы, необходимые для проведения ремонта. Каркас шкафастеллажа выкрашен серой эмалью.

Переносную сумку дежурный электромонтер использует для переноски инструмента и измерительной аппаратуры, приспособлений, мелких деталей для ремонта электрооборудования на участках цеха.

Конструкция стула-табурета позволяет предусматривать наиболее удобную рабочую позу: сиденье легко и быстро может быть поднято или опущено.

На рабочем месте должна находиться техническая и учетная документация, должностная инструкция, а также документация по безопасности и организации труда. Рабочее место должно быть оформлено в соответствии с требованиями технической эстетики.

Выбор оборудования, приспособлений, контрольно-измерительного инструмента необходимого для выполнения описанного технологического процесса с их краткой характеристикой, эскизами и т. п.

Съёмник гидравлический СГ-1:Предназначен для демонтажа составных частей оборудования, подшипников, муфт, крыльчаток и т. п., посаженных с натягом.

Рисунок 6 — Съёмник гидравлический СГ-1.

Комплект съемника состоит из собственно съемника и насоса гидравлического, связь между которыми осуществляется через рукав высокого давления с быстросъемным самозапирающимся разъемом. При расстыковке не происходит потери рабочей жидкости.

Длина рукава — 2,5 м.

Натяжное устройство.

Рисунок 7- Натяжное устройство Предназначено для натяжения проволоки при наложении бандажа на якорь или фазный ротор.

Станок для снятия блоков контактных колец.

Рисунок 8 — Станок для снятия блоков контактных колец Предназначен для снятия блоков контактных колец с роторов электродвигателей с высотой центров до 315 мм.

Таблица 1 — Технические характеристики.

Стойка для роторов.

Рисунок 9 — Стойка для роторов Предназначена для установки и проворота якорей, роторов электромашин.

Станок универсальный.

Рисунок 10 — Станок универсальный Предназначен для выдергивания стержней из фазных роторов, всыпных обмоток из статоров электрических машин и сборки ротора со статором.

Оборудование, приспособления, инструменты для обмоточно-изоляционных работ: подставка для укладки; инструмент обмотчика (рисунок 11); плоскогубцы; молоток; молоток резиновый; ножницы портняжные; пресс гидравлический ПГ-1; паяльник; игла специальная для бандажировки;приспособление-шаблон для правки лобовых частей; аппарат ЕЛ-1;пинцет;сварочный трансформатор 0,5 кВт, 13 В;мегомметр.

Рисунок 11 — Набор инструмента обмотчика: а — фибровая пластинка; б — фибровый язык; в — обратный клин; г — угловой нож; д — выколотка;

е — топорик; ж и з — ключи для гибки роторных стержней Материалы, применяемые при ремонте асинхронного двигателя с фазным ротором 4МТМ225L8.

Комплект материалов, необходимых для ремонта асинхронного довольно ограничен и в основной своей массе подразделяются на два типа: протирочные и смазочные.

К первым относятся: ацетон и бензин.

Ко вторым: мазеподобные (консистентные) смазки, представляющие собой смесь минерального масла (80—90%) и мыла, играющего роль загустителя. Наиболее подходящими смазками для подшипников качения двигателей являются высококачественные смазки ЛИТОЛ-24, ЦИАТИМ-201.

ЦИАТИМ-221 — кальциевая многоцелевая водои термостойкая пластичная смазка.

Основное назначение ЦИАТИМ-221 — уменьшение фрикционной нагрузки в узлах трения, где сопряжённые поверхности представляют собой пары «металл-металл» и «металл-резина». В состав смазки, в качестве загустителя, входит комплексное кальциевое мыло высших жирных кислот и уксусной кислоты, с добавлением антиокислительной присадки.

ЛИТОЛ-24 — антифрикционная многоцелевая водостойкая смазка с хорошими защитными свойствами, широко используется для смазывания узлов трения промышленного оборудования.

При работе со смазками необходимо применять индивидуальные средства защиты в соответствии с типовыми отраслевыми нормами, утвержденными в установленном порядке.

Помещения, в которых проводятся работы со смазками, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.