Намотка статора асинхронного двигателя

Статор асинхронного двигателя (рис. 10) — это сердечник, в пазы которого уложена трёхфазная обмотка 4, питаемая трёхфазным переменного током.

Статор представляет собой толстостенный полый цилиндр, выполненный в виде набора кольцеобразных пластин 3, отштампованных из листов магнитомягкой электротехнической стали. Он не имеет явно выраженных полюсов, т. к. внутренняя поверхность его сделана совершенно гладкой.

Для ограничения вихревых токов пластины изолированы друг от друга слоем лака. В пазах 2 с внутренней стороны сердечника укладывается трёхфазная обмотка 4. Обмотка (рис. 11, а) состоит из ряда катушек, одними концами соединённых между собой. Каждая из катушек сделана из

Рис. 10. Статор асинхронного двигателя:

1 — сердечник; 2 — паз; 3 — пластина сердечника; 4 — обмотка статора

одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза и распределяется по нескольким пазам. Собранный сердечник запрессовывается в корпус двигателя, начала и концы трёхфазной обмотки выводятся на панель двигателя. Другими концами обмотки выводятся в коробку выводов обмотки статора 16 (см. рис. 9). Если на обмотки статора подать трёхфазное напряжение от электрической сети, то в сердечнике статора

Рис. 11. Соединение обмоток статора:

а) — вид выводов обмотки; б) — соединение звездой; в) — соединение треугольником

возникнет вращающееся магнитное поле. В зависимости от расположения обмоток вращающееся магнитное поле может иметь одну или несколько пар полюсов. Частота вращения магнитного поля п_с зависит от числа пар полюсов и рассчитывается по формуле

где/ — частота тока в сети, Гц (пер/с); р — число пар полюсов двигателя.

Если на статоре имеется три обмотки, расположенные под углом 120°, то имеем двухполюсное вращение магнитного поля. Чтобы получить двигатель с меньшей скоростью магнитного поля, необходимо посредством многополюсной обмотки увеличить число полюсов вращающегося магнитного поля. Каждым трём катушкам статорной обмотки соответствует одна пара полюсов вращающегося поля. Следовательно, если трехфазная обмотка статора состоит из К катушек, то число пар полюсов вращающегося поля, возбуждаемого этой обмоткой будет

При количестве катушек К = 3, имеем одну пару полюсов, т.е. р = 3; при К= 6 -р

В большинстве случаев асинхронный двигатель пускается в работу прямым включением обмоток статора в сеть на номинальное напряжение. Электроприводы повышенной мощности, и особенно там, где мощность трансформаторной подстанции ограничена, асинхронный двигатель пускается в работу на пониженном напряжении, т.е. на «звезду» (рис. 11, б). В этом случае концы обмоток XYZ соединяются в одной точке, а к другим концам прикладывается номинальное напряжение 380 В. При соединении «звездой» к катушкам приложено фазное напряжение 220 В. Это позволяет ограничить пусковой ток. Для этого используется автотрансформаторный пуск, пуск через реактивные сопротивления и пуск переключением обмоток статора со звезда на треугольник. Последний способ часто используется в технологическом оборудовании лесохозяйственных предприятий.

По мере разгона двигателя пусковой ток снижается и автомат, управляемый по току, частоте вращения или времени, переключает обмотки статора на номинальное напряжение (380 В), т.е. «треугольником» (рис. 11, в). В этом случае концы катушек соединяются между собой последовательно, т.е. концы катушек соединяются с их началом (Z с А; X с В; Y с С) и они же подсоединяются к номинальному напряжению 380 В. Тогда и на катушках будет приложено фазное напряжение 380 В.

Ротор асинхронного двигателя (рис. 12) устанавливается внутри статора и приводится во вращение за счёт магнитного потока, создаваемого статором, включённого в электрическую сеть.

Сердечник ротора 1 аналогично статору, набирается из штампованных листов стали. В пазы ротора закладывается обмотка.

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

Обмотка короткозамкнутого ротора (рис. 12, а) выполняется из медных стержней 2, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединяются между собой при помощи двух медных колец 4.

Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она

Рис. 12. Короткозамкнутый ротор:

а) — ротор с короткозамкнутой обмоткой; б) — обмотка ротора типа «беличье колесо»; а) — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием: 1 сердечник ротора; 2 — медные стержни; 3 — вал ротора; 4 — замыкающие кольца; 5 — вентиляционные лопатки; 6 — алюминиевая заливка

будет напоминать беличье колесо. По этому сходству такая обмотка и называется обмоткой типа «беличьей колесо» (рис. 12, б). В роторе медные стержни в пазах не изолируются.

В настоящее время у двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путём заливки 6 (рис. 12, в) в пазы сердечника под давлением.

Заодно с замыкающими кольцами 4 для улучшения отвода тепла отливаются вентиляционные лопатки S. Собранный пакет напрессовывается на вал 3.

Фазные роторы (рис. 13) применяются в асинхронных электродвигателях большой мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств. Статор с обмотками 2 (рис. 13, а) закреплён на корпусе 1. На роторе 3 укладывается трехфазная обмотка 5, с геометрическими осями фазных катушек 8, сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и их концы присоединяются к трём контактным кольцам 6 (рис. 13, б), насаженным на вал 2 и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. Три контактных кольца 6 через изоляционные прокладки жёстко насажены на вал ротора 4. На кольца упираются щётки 7, которые размещены в щёткодержателях, укреплённых в одной из подшипниковых крышек. С помощью щёток 7, находящихся в скользящем контакте с кольцами 6, имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты 9. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать частоту вращения ротора и шраничивать пусковые токи.

Рис. 13. Асинхронный двигатель с фазным ротором: а) — общий вид; б) — схема соединения: 1 — корпус; 2 — обмотка статора; 3 — ротор;

4 — вал ротора; 5 — обмотка ротора; 6 — контактные кольца; 7 — щетки; 8 — фазная катушка; 9 — регулировочные реостаты

В быту и небольших мастерских используются электродвигатели. Иногда они выходят из строя. Определить, можно ли их отремонтировать самостоятельно, или необходимо обращаться к мастеру, поможет эта статья. Неисправности электродвигателей можно разделить на две группы — механические, например, заклинивший подшипник или оборванный вал и электрические — механический обрыв обмотки или выход её из строя из-за перегрева электродвигателя.

Неисправности электродвигателей

Причин перегрева электродвигателя может быть много, но основная причина — это неправильно подобранная защита от превышения номинального тока или её полное отсутствие.

Электродвигатели, используемые в быту, можно разделить на две группы

• асинхронные с короткозамкнутым или с фазным ротором, автомобильные генераторы
• коллекторные электродвигатели постоянного и переменного тока

Каждый тип электродвигателей имеет свои особенности при перемотке сгоревших обмоток.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым или фазным ротором

Перед ремонтом электродвигатель необходимо очистить ветошью от пыли и грязи. Очищенный двигатель подвергают полной разборке. Перед заменой обмоток шкив или муфту, находящиеся на переднем валу электродвигателя, можно не снимать, но с ними нельзя оценить состояние переднего подшипника. Пришедшие в негодность подшипники электродвигателя могут быть причиной выхода из строя двигателя.

При отсутствии горелых мест и характерного запаха обмотки отсоединяют друг от друга и прозванивают мегомметром изоляцию друг относительно друга и корпуса и тестером проверяют целостность. Если изоляция не повреждена, а тестер показывает обрыв, то можно попробовать найти место обрыва и устранить неисправность без перемотки. Часто обрывается провод, выходящий из двигателя. В этом случае его можно заново припаять или заменить.

При отсутствии обрывов и целостной изоляции возможная неисправность — это межвитковое замыкание. В трехфазных электродвигателях, подключённых к трехфазной сети, это проверяется достаточно просто. Необходимо токоизмерительными клещами или амперметром измерить ток на всех фазах поочерёдно или, если есть возможность, то одновременно. Разность значений в 2–3 раза однозначно говорит о межвитковом замыкании и необходимости перемотки. Этими же методами проверяют ротор в электродвигателях с фазным ротором.

В однофазных или трехфазных, но подключённых в однофазную сеть двигателях о витковом замыкании говорит сильный нагрев при включении без нагрузки, при условии отсутствия обрывов, нарушений изоляции, механических неисправностей двигателя и пусковой аппаратуры. Например, однофазный двигатель на старых стиральных машинах греется при постоянно включённой пусковой обмотке.

Если принято решение о перемотке электродвигателя, то лучше всего обратиться для ремонта в специализированную мастерскую. В «домашних» условиях очень сложно качественно выполнить эту работу, что может привести к быстрому выходу его из строя. Но если есть необходимость или желание произвести ремонт электродвигателя своими руками, то в youtube по запросу «перемотка электродвигателей своими руками» можно найти видеоролики с подробными инструкциями.

Перемотка

Процесс перемотки можно разделить на три этапа

Разборка

Нужно продолжать разборку и удалить обмотки — полностью или, если позволяет конструкция, только повреждённые, чтобы перематывать только их. Перед полным удалением разрезают нитки, связывающие провода вместе и зарисовывают схему соединения. Проще всего удалить старые обмотки путём выжигания газовой горелкой или на костре. Можно поставить статор «на попа» на кирпичи, заполнить дровами и поджечь.

Снять обмотки можно также с помощью зубила и молотка, но в этом случае труднее определить схему подключения и порядок укладки обмоток в пазы.

В однофазных двигателях иногда можно снять одну обмотку не трогая остальные. В этом случае нужно внимательно рассмотреть, как крепятся обмотки и снять повреждённую.

Фазный ротор разбирается аналогично, но перед выжиганием нужно снять токосъемные кольца.

Выжженные обмотки аккуратно вынимают из пазов, стараясь хотя бы одну сохранить целой. Это необходимо для определения размеров обмотки, сечения проволки и числа витков. При разборке также зарисовывают схему укладки обмоток в пазы с указанием направления намотки. Если известен тип электродвигателя, данные для ремонта можно найти в соответствующих справочниках.

Намотка

Зная количество обмоток, размер каждой и число витков путём умножения можно определить нужную длину проволки. Сечение провода берётся такое же, как на сгоревшем. Его измеряют штангенциркулем или микрометром. Если сечение взять меньше, то двигатель будет перегреваться при номинальных нагрузках, а если больше, то проволка может не поместиться в своих пазах.

Намотка обмоток выполняется на станке, аналогичному тем станкам, на которых мотаются катушки трансформатора. После намотки нужного количества витков обмотка вынимается из станка, перевязывается обмоточной ниткой и откладывается в сторону. Процесс повторяется столько раз, сколько необходимо обмоток.

В пазы вставляют новые прокладки из электроизоляционного материала. Эти прокладки называют «гильзы». Толщину и материал можно определить по справочнику. Если нет данных на перематываемый двигатель, можно взять на аналогичной мощности. Длина берётся на несколько миллиметров длиннее толщины статора, ширина такой, чтобы полностью закрыть внутреннюю поверхность паза.

Согласно схеме укладывают в пазы обмотки, соблюдая направление намотки. Если в один паз укладывается две обмотки, а также в местах соприкосновения прокладывают полоски изоляционного материала.

Для укладки проволки в пазы используется специальный инструмент — трамбовка. Уложенные обмотки закрепляются прокладками из того же материала, из которого изготавливались гильзы. Эти прокладки называют «стрелки». Длина стрелок равна длине гильз, а ширина вполовину меньше.

Закреплённые обмотки соединяются между собой скрутками, которые пропаиваются. К тем выводам, на которые будет подаваться напряжение, подключают провода соответствующего сечения и длины. Их необходимо промаркировать с указанием начала и конца.

Соединённые обмотки увязывают обмоточной ниткой или шпагатом. Провода выводят наружу через отверстие в корпусе статора и подключают к клеммнику.

Перемотанный статор пропитывают лаком. Для этого его полностью погружают в лак с последующей сушкой. Температура пропитки и сушки зависят от используемого лака и указываются в инструкции.

Фазный ротор перематывается аналогично, только на вал двигателя одеваются токосъемные кольца, к которым подключаются провода.

Сборка

Собранный и высушенный двигатель можно собирать. Перед сборкой проверяют подшипники и при необходимости меняют в них смазку или сами подшипники. После сборки двигатель проверяется на целостность изоляции и работоспособность в режиме холостого хода и под нагрузкой, с измерением тока на всех фазах.

Коллекторные электродвигатели постоянного и переменного тока

Прежде всего неисправность видна по увеличившемуся искрению на коллекторе и нагреву. Вначале необходимо почистить, а при необходимости проточить и продорожить коллектор. Если это не помогает, то нужно омметром последовательно замерить сопротивление последовательно между всеми соседними пластинами коллектора. Если значения значительно отличаются друг от друга, то вышел из строя коллектор или витковое в обмотках якоря (в двигателе переменного тока — ротора). В этом случае двигатель нужно отдать на ремонт в специализированную организацию. Дома отремонтировать его практически невозможно.

В том случае, если якорь целый, проверяют обмотки возбуждения на целостность омметром и на витковое замыкание. Для этого их соединяют последовательно, при необходимости закорачивая щётки или зачищая изоляцию на соединительных проводах. На соединённые обмотки подают пониженное напряжение 12–36 v. Напряжение на повреждённой обмотке будет значительно пониженным. Её заменяют тем же способом, как в однофазных двигателях малой мощности.

Перемотка обмотки асинхронного двигателя на гибридную обмотку «славянка»

При перемотке бесколлекторного двигателя его можно перемотать по технологии «славянка». Метод заключается в намотке тонкой проволокой дополнительных обмоток статора. Двигатели, намотанные по этому методу, имеют повышенный пусковой и рабочий момент, перегрузочную способность и КПД, пониженный пусковой ток и уровень шума. Из-за «мягкой» нагрузочной характеристики их используют на электротранспорте.

Практически все электродвигатели, установленные в различных моделях бытовых приборов, являются асинхронными. Одно из преимуществ такого технического решения в том, что изменение нагрузки никак не отражается на частоте вращения. Во многом этим и обусловлена популярность таких моделей.

Промышленность выпускает различные модификации этих устройств, которые имеют конструктивные отличия в исполнении составных частей – разное количество полюсов, ротор или короткозамкнутый, или фазный (значительно реже), и ряд других. Но общий принцип ремонта электродвигателей остается неизменным, разница может быть только в отдельных нюансах.

В случае поломки эл/двигателя простейший способ восстановления его работоспособности – обратиться в мастерскую. Однако не в каждом населенном пункте «частники» смогут выполнить эту работу качественно, если, конечно, вообще за нее возьмутся. Поэтому нередко возникает дилемма – выкинуть его в мусорный ящик или попробовать перемотать самостоятельно.

Учитывая разнообразность конструкций и габаритов «движков», а также то, что все они имеют как статорную, так и роторную обмотки (для эл/двигателей постоянного тока – якорную), изложим только порядок действий по перемотке электродвигателей своими руками и общие рекомендации по этому вопросу. Остановимся на двигателе переменного тока, так как именно такие изделия чаще всего входят в состав различных бытовых приборов и агрегатов.

Внешний осмотр

Необходимо, частично разобрав двигатель, произвести очистку всех составных частей и определить, в чем собственно дело. Одновременное выгорание и роторной, и статорной обмоток происходит довольно редко. Поэтому и следует понять, какой из них придется заниматься.

Но здесь нужно учесть, что резкое повышение температуры внутри механизма в момент возникновения неисправности сопровождается нарушением изоляционного покрытия на всех составных частях. Поэтому ограничиваться одной лишь перемоткой нельзя. Следовательно, придется уточнить, что еще необходимо будет сделать и какие материалы приготовить.

Определение параметров провода

Можно попробовать найти соответствующую информацию в интернете (намоточные данные). Часто люди делятся личным опытом, как они ремонтировали эл/дрель, фен своей жене, насосную станцию на даче и так далее. Но нужно понимать, что это должна быть ТОЧНО ТАКАЯ ЖЕ модель, иначе не факт, что после ремонта ваша станет работать.

На практике же обычно приходится все вопросы выяснять непосредственно при осмотре. Даже если двигатель выгорел довольно сильно, то всегда можно найти участок, на котором обмотка более-менее сохранилась. В этом месте нужно все тщательно очистить для того, чтобы можно было пересчитать все проводки в «укладке». Все, что нам нужно – определить количество витков и сечение провода.

Заботиться о целостности провода, естественно, смысла нет. Поэтому подойдет все, что поможет удалить нагар и частицы расплавленного лака – бензин, спиртосодержащие жидкости и тому подобное. Как вариант – произвести обжиг (горелка, костер и так далее). Главное – результат.

Обмотка выступает за габариты «железа». На той ее части, которая цела и пригодна к осмотру, срезается (срубается, спиливается) верхушка. Подходящий инструмент подбирается в зависимости от толщины провода, но нужно иметь в виду, что он довольно мягкий (медь). Наша задача – добиться того, чтобы одну часть намотки можно было «распушить». Тогда и число проводков посчитать несложно, и сечение их замерить.

Подготовка «железа»

Основой и ротора, и статора служит специальная сталь. При внешнем осмотре на них иногда можно обнаружить небольшие вмятины или заусеницы. Такие места необходимо аккуратно обработать или «мягким» надфилем, или мелкой «наждачкой», не повреждая металл.

Подбор провода

В идеале он должен быть точно таким же. Но это не всегда получается. Следовательно, придется использовать материал с другим сечением, который занимает в соответствующей таблице соседнюю позицию. При этом нужно вспомнить закон Ома и учесть, что с уменьшением диаметра провода его сопротивление возрастает.

Значит, нужно будет изменить и число витков, например, вместо 350 наматывать 400 или 320. Возможно, такое решение – «на глазок» – приведет к некоторому снижению мощности. Тем, для кого это принципиально, придется произвести точные расчеты, тем более что все исходные данные есть – номинал напряжения питания (220 В), сечение имеющегося провода, габариты «железа», на которое он будет наматываться (значит, общая длина проводника).

Изготовление обмотки

Это делается при помощи шаблона. Его несложно изготовить самостоятельно, из плотного картона или фанеры. Главное – правильно снять все размеры с «железа». Намотку провода лучше делать на специальном станке, который не является дефицитом и стоит копейки. Такое приспособление можно смастерить и самому, из подручного материала. Как выглядят станок и шаблон, ясно из рисунка.

Если делать намотку вручную, на это уйдет времени значительно больше, да и есть вероятность того, что можно ошибиться в количестве витков. Кроме того, работая с тонким проводом, его легко порвать, а с толстым – уложить неплотно, что вызовет трудности при постановке обмотки на место из-за увеличения ее габаритов.

Установка обмотки

Ничего сложного в этом нет, необходимо лишь соблюдать аккуратность. После укладки изоляции в пазы по месту «сажается» изготовленная «катушка» (такие «гильзы» изготавливаются из материалов категории «диэлектрик»). Как они ставятся, понятно из рисунка.

Следует избегать любого повреждения не только провода, но и его внешней изоляции (лаковое покрытие). В некоторых случаях целесообразно использовать специальное приспособление – «трамбовку». С ее помощью обмотка «уплотняется» в посадочных пазах. Все фазные катушки надежно изолируются друг от друга.

Пропитка

Она делается с целью изоляции всех токоведущих частей. Рекомендовать какой-то конкретный состав смысла нет, так как в продаже имеется большой ассортимент соответствующей продукции. Но вот кое-что посоветовать стоит.

Все лаки делятся на 2 категории. Одни не требует температурного воздействия, так как просыхают естественным путем. Для других необходима термическая обработка. На производстве с этим проблем нет, так как используются специальные печи. А вот как просушить лак в домашних условиях, придется подумать.

Проверка эл/двигателя

После того, как просушка закончена, нужно убедиться в том, что он готов к включению. Что необходимо? «Прозвонить» все обмотки, по очереди, чтобы выяснить, нет ли где обрыва или «неконтакта» в местах соединений. Кроме того, нужно замерить сопротивление между катушками и на корпус (удостовериться в отсутствии КЗ).

И только после этого можно проверять изделие в работе.

Включение

Для проверки работоспособности двигатель не следует сразу же запитывать от источника 220 В. Сначала нужно проверить его работоспособность через понижающий трансформатор. Если ротор, хоть и «вяло», но крутится и эл/двигатель не греется, не дымит, значит, все сделано правильно.

После включения в промышленную сеть (220) целесообразно замерить потребляемый устройством ток. В паспорте на изделие такие данные есть. В случае чрезмерного отклонения измеренной величины от «номинала» необходимо разбираться с вероятной причиной.

Практические советы

• В процессе намотки провода на шаблон нужно укладывать его равномерно, «виток к витку». Наложения проводков друг на друга, с «перехлестом», следует избегать. Иначе полученная катушка просто не поместится в месте установки из-за увеличенных габаритов.
• Еще в процессе разборки эл/двигателя необходимо обратить внимание, как и чем выполнена изоляция внутренних частей (например, фазных катушек), по какой схеме они соединены («треугольник», «звезда») и так далее. Это поможет произвести правильную сборку, так как ее придется делать «один в один». Не стоит надеяться на память. Надежнее все это «зарисовать», с указанием всех особенностей инженерного решения.
• Если пришлось сдать «движок» в ремонт, то следует поинтересоваться, какие в мастерской применяются пропиточные составы и есть ли соответствующее оборудование для просушки обмоток.

В принципе, ничего особо сложного в самостоятельной «перемотке» эл/двигателя нет. Следует только вспомнить азы электротехники и учесть вышеприведенные рекомендации. Тогда не придется платить за дорогостоящий ремонт (а в мастерской, как правило, «накручивают» смету) или приобретать другую бытовую технику вместо отправленной в утиль.