3.2. Контрольные вопросы

1. На каких основных физических законах основан принцип действия электрических машин?

2. Что такое индуктор и якорь машины постоянного тока?

3. Перечислите основные конструктивные элементы машины постоянного тока.

4. Каково назначение коллектора в машине постоянного тока?

5. Какие типы якорных обмоток применяют в машинах постоянного тока?

6. Какие варианты электромагнитного возбуждения применяют в машинах постоянного тока?

7. Сколько параллельных ветвей могуь иметь якорные обмотки машин постоянного тока?

8. От чего зависти эдс в обмотке якоря генератора постоянного тока?

9. Что такое реакция якоря в машине постоянного тока?

10. От чего зависит величина электромагнитного момента в машине постоянного тока?

11. Как влияет на работу машины поперечная реакция якоря?

12. Почему в машине постоянного тока возникает продольная реакция якоря?

13. Что такое геометрическая и физическая нейтраль машины постоянного тока?

14. Что называют коммутацией в машине постоянного тока?

15. Какие способы улучшения коммутации применяют в машинах постоянного тока?

16. Как определяется кпд генератора?

17. Какими характеристиками определяется работа генератора постоянного тока?

18. Какие недостатки свойственны внешней характеристике шунтового генератора?

19. Какие причины определяют изменение напряжения генератора постоянного тока при изменении тока нагрузки?

20. Каковы условия самовозбуждения генератора постоянного тока?

21. Как обеспечить двигательный режим работы машины постоянного тока?

22. Как выполнить пуск двигателя постоянного тока?

23. Какие характеристики определяют свойства двигателей постоянного тока?

24. Почему двигатель с последовательным возбуждением не допускает включение без нагрузки?

25. Как регулируют скорость вращения ротора в двигателях постоянного тока?

3.3. Тестовые задания

1. Четырехполюсная машина постоянного тока имеет простую петлевую обмотку якоря с числом секций s=24. Определить эдс якоря, если в каждой секции индуктируется эдс е=6в.

2. Для условий задачи №1 определить эдс якоря, если он содержит простую волновую обмотку.

3. Вычислить электромагнитный момент четырехполюсной машины постоянного тока, имеющей простую волновую обмотку на якоре с числом проводников в пазах n=800. Ток, протекающий через зажимы якоря, равен i_а=24а. Магнитный поток в машине ф=0,64·10² вб.

4. Определить кпд генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Номинальная мощность машины р_ном=1,75квт, напряжение u_ном=110в, ток возбуждения i_в=0,4a, сопротивление цепи якоря σr_а=1,2ом.

5. Для двигателя постоянного тока определить сопротивление пускового реостата, чтобы пусковой ток не превышал двухкратного значения номинального тока. Номинальные параметры двигателя: полезная мощность р_2ном=1,75квт; напряжение u_ном =110в; кпд η=0,8; сопротивление обмотки якоря r_а=0,5ом; сопротивление5 обмотки возбуждения r_в=50ом.

ЗАНЯТИЕ №6. ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ

ЭЛЕКТРИЧЕКИХ МАШИН

1. Вводная часть

1.1. Назначение занятия

Занятие предназначено для изучения общих принципов обслуживания электрических машин при эксплуатации, своевременного выявления неполадок и неисправностей, основных приемов дефектации узлов и деталей, правильной разборки машины, способов ремонта механических деталей и активных частей, сборки, регулировки и послеремонтных испытаний.

1.2. Цели занятия

В конце обучения по данному занятию обучаемый должен быть способен:

• Производить обслуживание электрической машины в процессе эксплуатации, выявлять и устранять неисправности, не требующие разборки;

• Различать неисправности, требующие разборки электрической машины, принимать решение о необходимости и возможности капитального ремонта электрической машины;

• Описать полную разборку электрической машины и произвести дефектацию узлов и деталей;

• Рассказать о ремонте механических и активных частей машины, её сборке и регулировке, послеремонтных испытаниях.

Рис.6.1. Структура занятия

Рис.6.2. Цели занятия

2. Основная часть

2.1. Общие положения

Потребитель электрической машины всегда заинтересован в том, чтобы она работала долго и надёжно, экономно расходовала потребляемую энергию. Также важно, чтобы профилактические мероприятия и ремонты обходились минимальными затратами. Современная электротехническая промышленность выпускает много разных высоконадёжных, экономичных и простых в эксплуатации электрических машин. Однако опыт показывает, что организация эксплуатации машины, своевременность и полнота ухода, рационально спланированные ремонты с должным качеством также существенно влияют на её эксплуатационные параметры: ресурс, устойчивость работы, интенсивность износа, стабильность характеристик и др. Любые отклонения параметров машины от нормы всегда связаны с воздействием неблагоприятных для неё факторов. Они могут быть внешними или внутренними. Этих факторов очень много, они зачастую носят вероятностный характер. Поэтому учесть их все не представляется возможным. Мы ограничимся рассмотрением наиболее часто встречающихся случаев. Разделение электрических машин на генераторы и двигатели с точки зрения их обслуживания и ремонта не носит принципиального значения. По общности приёмов обслуживания и ремонта наиболее широко применяемые электрические машины целесообразно классифицировать следующим образом: электрические машины постоянного тока; синхронные генераторы; асинхронные электродвигатели. Приведенные основания позволяют также ограничить диапазон мощностей рассматриваемых машин пределами 0,5 - 100 квт. Такие электрические машины принято относить к машинам общепромышленного назначения. Опасность приближающегося отказа можно выявить внешним осмотром или контрольными мероприятиями.

Рис.6.3. Стадии технического обслуживания

электрической машины

Внешний осмотр позволяет обнаружить ослабление механических и клеммных соединений, появление недопустимых зазоров, смещение изоляции, её распушение. При внешнем осмотре следует обратить внимание на поверхность коллектора, наличие канавок между коллекторными пластинами, степень износа щеток, состояние заземлителя, наличие и состояние смазки в подшипниках, загрязненность внутренней полости машины, величину люфтов вала и соединительной муфты, появление трещин, сколов в корпусных деталях и др

Контрольные мероприятия предусматривают проверку некоторых параметров работы электрической машины, к которым относят сопротивление изоляции, температура некоторых частей машины, характер вибрации и шума, уровень искрения. Некоторые из контрольных проверок стараются проводить при работающей машине. Если для проверки требуется остановка и отключение машины, то для этой цели стараются использовать периоды технологических остановок. В частности, одним из важных параметров, свидетельствующих о нормальном состоянии узлов электрической машины, является температурный режим. При эксплуатации электрических машин практикуется косвенный метод контроля теплового режима. При этом контролируют температуру охлаждающей среды (газ, воздух, вода и др.). Более точный результат дает метод непосредственного контроля с помощью различного рода индикаторов: термометров, терморезисторов, термопар. При планировании и проведении контрольных проверок и испытаний следует обращать внимание на две разновидности физического износа частей электрической машины: электрический и механический.

Под электрическим износом имеется в виду, прежде всего, физический износ изоляции, которая под действием электромагнитных полей, тепла и агрессивных агентов теряет свои диэлектрические свойства, становится хрупкой, деформируется, отслаивается. К этому следует добавить, что электрическому износу подвержены также различного рода электрические контакты и соединения, щетки, коллектор, токосъемные кольца. Для электрических машин со щеточным аппаратом характерным является также ухудшение изоляции из-за появления тонкого проводящего слоя щеточной пыли, покрывающего внутреннюю полость машины.

механический износ является следствием механических нагрузок на отдельные детали электрической машины. Он приводит к изменению геометрической формы и размеров сопрягаемых поверхностей. В результате сборочные зазоры увеличиваются и превышают допустимую величину. Появляются зазоры между деталями в местах, где обеспечивалась сборка без зазора или даже с натягом. В конечном итоге все эти изменения могут привести к увеличению осевого и радиального люфта ротора, к прослаблению и проворачиванию внешней или внутренней обоймы подшипника, к нарушению ориентации ротора относительно статора и даже к их взаимному соприкосновению и цеплянию. Признаками нарастающего механического износа могут считаться: выработка смазки, нагрев подшипниковых узлов, увеличение зазоров и люфтов, усиление шума и вибраций при работающей машине. При этом речь идет о чисто механических шумах, которые хорошо прослушиваются на выбеге ротора, после отключения двигателя от сети. Из изложенного напрашивается вывод, что регулярные осмотры и проверки, безусловно, снижают вероятность возникновение внезапного отказа, но не могут предупредить его с гарантией. В этих условиях возрастает важность строгого соблюдения условий эксплуатации изделия и обязательного выполнения необходимых регламентных работ по уходу и профилактике.

К регламентным работам, для примера, можно отнести замену смазки в подшипниках, очистку и продораживание коллектора, замену или восстановление силы нажатия щеток, подтяжку клеммных и резьбовых соединений и другие работы, предусмотренные указаниями по эксплуатации конкретной машины. Регламентные работы способствуют тому, что какой-либо отказ, связанный с износом или изменением физических свойств используемых в машине материалов, наступит намного позднее. В случае наступления отказа срок эксплуатации электрической машины может быть продлен за счет её ремонта. Различают два вида ремонта: текущий и капитальный.

Текущий ремонт предусматривает возможность устранения неисправности без разборки или с частичной разборкой (вскрытие смотровых окон, снятие крышек коробки выводов, подшипниковых узлов, извлечение щеток из щеткодержателей и т.п.). Этот вид ремонта выполняется, как правило, обслуживающим персоналом на месте её эксплуатации.

Капитальный ремонт предусматривает полную разборку всей машины и её узлов с необходимостью дальнейшего восстановления или замены отдельных деталей конструкции. Этот вид ремонта лучше выполнять специальными службами или на ремонтных предприятиях, что позволяет обеспечить высокое качество работ.

2.2. Неисправности электрических машин

и их выявление

Появление неисправности – это событие, которое характеризуется нештатным изменением свойств электрической машины. Вопрос о неисправности связывается с невозможностью дальнейшего выполнения электрической машиной своих функций. Чаще всего это - отсутствие пуска, снижение частоты вращения ниже нормы, перегрев, повышенное искрение под щетками, сильный шум, вибрации и т.п. Причины возникшего события могут быть по отношению к самой машине как внешними, так и внутренними.

Внешние причины (резкое изменение напряжения в сети, обрыв фазы, перегрузка машины и т.п.) Не свидетельствуют о возникновении неисправности в самой машине. Но они должны быть выявлены и устранены в кратчайший срок, иначе возникновение неисправности в самой машине будут неизбежно.

Внутренние причины всегда связаны с неполадками и неисправностями в машине. Возможные неисправности включают в себя множество различных факторов. Целесообразно классифицировать их по характерным признакам, что несколько упростит анализ.

Простейшая классификация предусматривает разграничение неисправностей электромагнитного и механического характера (рис. 6.4). Первая группа неисправностей всегда связана с выходом параметров электрических или магнитных цепей машины за пределы допустимых значений. К таким результатам приводит пробой корпусной, межфазовой или витковой изоляции, обрыв токоведущих цепей в самих обмотках или в подводящих проводах, разрушение паяных или сварных электрических соединений, недопустимое снижение сопротивления изоляции и т.п. Сюда же следует отнести повреждение межлистовой изоляции в шихтованных магнитопроводах, изменение физических свойств магнитопровода (или отдельных участков) под воздействием температурных, механических или других факторов. К неисправностям электромагнитного характера относятся также всевозможные повреждения в коллекторе или контактных кольцах: выгорание или пробой изоляции, ослабление крепления или недопустимый износ пластин, колец, износ или разрушение щеток, их смещение с нейтрали. К повреждениям механического характера относятся износ, разрушение или изменение геометрической формы механических деталей машины: вал, станина, подшипниковые щиты, элементы подшипниковых узлов и т.п. К механическим следует отнести и некоторые повреждения активных частей машины, не приводящие к выходу их электромагнитных параметров за пределы допустимых значений. Это - ослабление усилия прессовки шихтованного сердечника, ослабление его крепления в станине или на валу, недопустимое относительное смещение электромагнитных элементов машины, деформирование сердечника или обмотки (отдельных их элементов), не приводящие к недопустимым отклонениям электромагнитных параметров, обрыв или смещение бандажей.

Рис.6.4. Неисправности электрических машин

К механическим причинам следует отнести также ослабление или разрушение крепежа, нарушения сочленения машины с механизмом, а также - ослабление крепления её к фундаменту, попадание вовнутрь машины посторонних предметов.

Выявление неисправностей без разборки машины направлено на принятие решения о выводе машины в ремонт и о классификации ремонта: текущий или капитальный. Если характеристики электродвигателя вышли за пределы допустимых отклонений, прежде всего необходимо исключить внешние причины: проверить параметры сети, крепление двигателя, качество сочленения с механизмом и т.п. Только после этого следует переходить к анализу внутренних причин. Неисправности внутреннего характера выявляются в два этапа: без разборки и после разборки машины.

Одним из важных параметров, свидетельствующих о нормальном состоянии узлов электрической машины, является температурный режим. Превышение температуры сверх допустимого уровня грозит необратимыми изменениями физических свойств материалов, и особенно - изоляции, вызывая ускоренное старение, приводит к изменению характера сопряжений в конструкции, а порой - и к разрушению отдельных её элементов из-за разности температурных коэффициентов расширения различных материалов. Чрезмерный нагрев вызывает ускоренный износ смазки в подшипниках. При эксплуатации электрических машин практикуется косвенный метод контроля теплового режима. При этом контролируют температуру окружающей среды (газ, воздух, вода и др.). Однако известно, что не все части электрической машины греются одинаково. Поэтому косвенный метод дает только общее представление о тепловом режиме машины. Более точный результат дает метод непосредственного контроля с помощью различного рода индикаторов: термометров, терморезисторов, термопар. Хорошие результаты для контроля температуры обмотки дает измерение её сопротивления постоянному электрическому току. Однако, сложность такого контроля состоит в том, что производить его следует при отключенной машине. Но это приводит к быстрому её охлаждению, что может привести к ошибочному результату. Погрешность измерения будет существенно уменьшена, если во время измерения воспользоваться секундомером. Он включается в момент отключения электродвигателя с последующей фиксацией момента замера сопротивления обмотки. Строится зависимость r=f(t). Полученную кривую аппроксимируют (продлевают, соблюдая характер кривизны) до пересечения с осью r, когда время t=0. Этот прием показан на рис.6.5а). Здесь t₁, t₂ и t₃ - время, прошедшее с момента отключения машины до момента измерения сопротивления обмотки r₁, r₂ и r₃ соответственно. Полученные точки соединяют плавной линией, которую продолжают (см. Пунктир) до пересечения с осью r. Полученное значение r_о будет близко к сопротивлению обмотки в установившемся тепловом режиме. Увеличение числа проверок повышает точность результата.

Надежным способом контроля качества изоляции является измерение её сопротивления с помощью мегомметра. При этом нужно помнить, что напряжение мегомметра должно быть согласовано с классом напряжения электрической машины. Ориентировочные величины приведены в таблице на рис. 6.5б). При наличии встроенных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, микросхем и т.п.) Величина напряжения не должна превышать 100 в. Сопротивление изоляции измеряют между обмотками и корпусом, а также - между отдельными изолированными обмотками. Поскольку измерения делаются регулярно, то имеется возможность следить за динамикой изменений сопротивления. Устойчивое падение сопротивления изоляции свидетельствует о её необратимом старении. Однако сопротивление может упасть также из-за повышения влажности изоляции. В этом случае целесообразно измерение провести несколько раз через равные промежутки времени, когда машина продолжает работать, греется и выделяемым теплом подсушивает изоляцию.

Рис.6.5. Выявление неисправностей

электрических машин: а) уточнение температуры обмотки;

б) выбор напряжения мегомметра; в) измерение нажатия щетки.

За окончательный результат следует принимать установившееся значение сопротивления изоляции. Последнее чаще характерно для электрических машин, работающих на открытом воздухе или во влажном помещении.

Обрыв в цепях обмоток выявляется любым пробником в виде цепи, состоящей из маломощного источника тока и электрической лампочки или амперметра.

Проверка износа щеток позволяет своевременно выявить начало ухудшения скользящего контакта. Износ щеток определяется разными способами. Наиболее объективные результаты дают измерение высоты щетки и контроль силы её нажатия на коллектор или контактное кольцо. Высота щетки измеряется линейкой или штангенциркулем после её извлечения из щеткодержателя. Усилие нажатия проще всего проверить обычным динамометром. Суть опыта ясна из рис.6.5в). Щетку 1 отрывают от коллектора 2 с помощью динамометра 3. Усилие фиксируется динамометром в момент отрыва щетки от коллектора. Этот момент фиксируется пропаданием тока в цепи, составленной амперметром а и источником питания “е”.

Механический износ деталей является следствием механических нагрузок. Он приводит к изменению геометрической формы и размеров сопрягаемых поверхностей. В результате сборочные зазоры увеличиваются и превышают допустимую величину. Появляются зазоры между деталями в местах, где обеспечивалась сборка без зазора или даже с натягом. В конечном итоге все эти изменения могут привести к увеличению осевого и радиального люфта ротора, к прослаблению и проворачиванию внешней или внутренней обоймы подшипника, к нарушению ориентации ротора относительно статора и даже к их взаимному соприкосновению и цеплянию. Признаками нарастающего механического износа могут считаться: выработка смазки, нагрев подшипниковых узлов, увеличение зазоров и люфтов, усиление шума и вибраций при работающей машине. При этом речь идет о чисто механических шумах, которые хорошо прослушиваются на выбеге ротора, после отключения двигателя от сети. К сожалению, механический износ зачастую носит скрытый характер. Например, ослабление прессовки магнитопровода, механическое разрушение изоляции на проводах в недоступных для осмотра местах и т.п.

Все изложенное приводит к выводу, что регулярные осмотры и проверки, безусловно, снижают вероятность возникновение внезапного отказа, но не могут предупредить его с гарантией. В этих условиях возрастает важность строгого соблюдения условий эксплуатации изделия и обязательного выполнения необходимых регламентных работ по уходу и профилактике.

Неисправности внутреннего характера выявляются в два этапа: без разборки и после разборки машины. Выявление неисправностей без разборки машины направлено на принятие решения о выводе машины в ремонт и о классификации ремонта: текущий или капитальный. Текущий ремонт предусматривает возможность устранения неисправности без разборки или с частичной разборкой (вскрытие смотровых окон, снятие крышек коробки выводов, подшипниковых узлов, извлечение щеток из щеткодержателей и т.п.). Различные неисправности могут внешне проявляться в виде одних и тех же дефектов. Это часто не позволяет однозначно квалифицировать неисправность машины только по внешнему проявлению. Поэтому после устранения возможных неисправностей без разборки машины следует снова провести необходимые проверки. Если признаки неисправности снова повторяются, принимается решение о назначении капитального ремонта. Капитальный ремонт предусматривает полную разборку всей машины и её узлов с необходимостью дальнейшего восстановления или замены отдельных деталей конструкции.

2.3. Дефектация электрических машин

Выявление неисправностей в практике ремонта электрических машин принято называть дефектацией. Дефектация может производиться до и после разборки машины. Все выявленные дефекты должны фиксироваться в соответствующем акте или специальном журнале. До разборки проверка машины ведется по сравнительно широкой программе, которая включает в себя проверку механической и электрической частей.

При дефектации механической части обращается внимание на состояние корпусных деталей (станина, щиты, лапы и т.п.), на наличие забоин, вмятин, трещин или отклонение геометрической формы (деформирование). Одновременно проверяется качество крепежа: затяжку гаек, болтов, стопорных винтов и штифтов, шпонки на выходном валу. Следует обратить внимание на отсутствие зазоров между выходным валом и установленной на нем полумуфте, обратить внимание на характер выработки в сочленении муфты. Образование в местах износа конических поверхностей свидетельствует о перекосе осей валов, соединенных муфтой.

Важным элементом в проверке механической части электрической машины является контроль осевого и радиального зазоров (люфтов) ротора. Осевой люфт ротора определяется расстоянием между крайними положениями при его смещении вдоль оси в одном и другом направлении. Измерение производится, например, с помощью часового индикатора. При этом возможны два варианта. Более простой предусматривает крепление машины и стойки индикатора на общем основании (рис. 6.6а). Вал 1 ротора в крайние положения смещают вручную или с помощью рычага (в крупных машинах). Результат считывается непосредственно по шкале индикатора 2. Следует помнить, что при чрезмерном нажатии на вал люфт может возрасти из-за упругого и даже пластического деформирования деталей подшипниковых узлов. Это явление более вероятно при проверке машин мощностью 0,5 квт и ниже. Такой погрешности следует избегать не только для повышения точности измерения, но и с целью предотвращения точечных повреждений на поверхностях подшипников.

Рис.6.6. Проверка люфта ротора электрической машины:

а) средней мощности; б) малой мощности.

Здесь может быть рекомендован способ, схематически показанный на рис.6.6б). С валом соединен рычаг 3, на свободном конце которого закреплен шнур 4. На его концах, перекинутых через ролики, подвешены грузы р. Величина груза определяется из соотношения:

, (6.1)

Где: q- максимальная допустимая осевая нагрузка на подшипники; l₁ и l₂ – длина плеч рычага (см. Рис.6.6б). Поднимая поочередно левый или правый грузы р, сдвигаем ротор в левое или правое крайние положения, фиксируя расстояние между ними индикатором 2. Радиальный люфт проверяют с помощью того же индикатора, но только ножка его должна быть прожата к верхней точке цилиндрической поверхности вала (на рис.6.6а показано пунктиром). Осевой и радиальный люфты не должны быть меньше соответствующих зазоров примененных в конструкции подшипников.

Необходимо также проверить радиальное биение цилиндрических участков коллектора или контактных колец. Проверка производится с помощью часового индикатора, ножка которого прижата к верхней точке контролируемой поверхности. Считываются крайние положения стрелки индикатора при повороте ротора на 360^о. Биение коллектора должно лежать в пределах 0,02 - 0,3 мм. Биение контактных колец 0,05 - 0,5 мм, выходного конца вала 0,02 - 0,2 мм. Норма в указанных пределах связывается с габаритами машины.

Проверка легкости хода ротора производится при отключенной от сети обмотке и поднятых щетках. Оценка может производиться по длительности выбега, если ротор раскрутить от руки. Такая проверка требует определенного практического навыка. Машина выводится в капитальный ремонт, если в её корпусе имеются глубокие трещины или деформации, если люфты ротора, биения вращающихся активных частей выходят за пределы нормы.

Дефектация электрической части машины включает контроль параметров изоляции, обмоток, магнитопровода, щеточно-контактных узлов, электрических соединений и проводов. Контроль сопротивления изоляции производят так же, как это делается при обслуживании в процессе эксплуатации. Согласно общим техническим условиям на электрические машины общепромышленного назначения сопротивление изоляции должно быть не ниже 0,5 мом для электродвигателей 0,4 кв.

Нередко встречающимся дефектом электрической машины является обрыв в обмотке или других токоведущих частях. Это можно установить простой “прозвонкой” токоведущих цепей, для чего к их выводам подводится напряжение от мегомметра одновременно с проверкой сопротивления изоляции. Ручку переносного мегомметра при этом вращают медленно, так как для проверки не требуется высокое напряжение. Если при этом стрелка прибора отклоняется на всю шкалу, обрыва в цепи нет. Проверку производят, подсоединяя мегомметр к началу и концу каждой фазы или отдельной обмотки. Целостность обмотки и изоляции не дают полного представления об отсутствии дефектов в электрических цепях. Более полную информацию получим, если проверить величину активного сопротивления обмотки. Опыт проводится с пропусканием по обмотке постоянного тока. Наиболее точно измерение проводится одинарным или двойным мостом. При его отсутствии приемлемый результат может быть достигнут опытом амперметра - вольтметра. На рис.6.7а) показана обмотка r_и, концы которой выведены на клеммы к. Источник постоянного тока “е” через амперметр а подключается к выводам контролируемой цепи. Падение напряжения “u” измеряется вольтметром v, который подключен непосредственно на выводы обмотки. Реостат r целесообразно включить в цепь, чтобы величина тока находилась в пределах шкалы амперметра а. При проведении опыта необходимо следить, чтобы обмотка не нагрелась. Это приведет к завышению результата. Поэтому опыт проводится быстро, а ток “i” не должен превышать 0,1 - 0,15 от номинального тока машины. Сопротивление обмотки вычисляется по закону ома: r= . Опыт удобно производить с помощью специального приспособления, показанного схематически на рис. 6.7б). Токовый провод 1 соединен с пружиной 2 и закреплен в корпусе 3 щупа. Здесь же показан провод 4 измерения напряжения. Устройство позволяет подключить вольтметр v к зажимам измеряемого сопротивления (обмотки) r_изм после надежного подключения к нему источника тока. При измерении сопротивления обмотки якоря коллекторной машины щетки необходимо поднять, а щупы измерительного устройства прижать к диаметрально противоположным пластинам коллектора и определить сопротивление.

Рис.6.7. Измерение активного сопротивления обмотки:

а) принципиальная схема; б) устройство и подключение щупов

Опыт производится повторно со сдвигом точек присоединения к пластинам коллектора на 90⁰ по окружности коллектора. Измеренные во всех случаях значения сопротивления должны находится в пределах допустимых значений. Если же последние не известны, то следует знать, что сопротивление фаз трехфазной обмотки или сопротивления обмотки якоря, измеренные в разных положениях коллектора, должны отличаться друг от друга незначительно (не более 5%). Если отклонения будут больше, это свидетельствует о том, что в обмотке есть короткозамкнутые витки или катушки.

После проведения перечисленных проверок может оказаться, что контролируемые параметры находятся в допустимых пределах. В этом случае электродвигатель следует включить на холостом ходу и дать ему поработать до достижения установившейся температуры. Саму температуру необходимо контролировать в течение всего периода. Следует при этом обращать внимание на местный перегрев в отдельных участках машины, особенно - в лобовых частях обмотки (если они доступны). Если местная или общая температура обмотки начинает превышать допустимое значение, принимают решение о ремонте машины. Если дефект не удается устранить без разборки машины, её разбирают на отдельные узлы и детали.

2.4. Разборка электрической машины

На разборку должны поступать машины, хорошо очищенные от всевозможных загрязнений. Разборка электрической машины ведется в два этапа: извлечение ротора из расточки статора и затем - разборка узлов (статора, ротора, коллектора). Необходимо следить за тем чтобы неосторожными действиями не привести к возникновению новых дефектов. Последнее условие требует хорошего знания устройства электрической машины и строгого соблюдения установленных технологических требований.

Вначале необходимо освободить все выводы на клеммных колодках, поднять в щеткодержателях щетки (если они имеются). Разборка начинается с освобождения переднего конца вала от полумуфты и крепежных элементов (шпонки, штифта, стопора и т.п.). Затем снимают кожух вентилятора внешнего обдува (если он имеется) и снимают крыльчатку вентилятора с заднего конца вала. В некоторых конструкциях не заднем конце вала размещены контактные кольца, которые также следует снять.

Съем полумуфты, крыльчатки вентилятора или блока контактных колец может потребовать значительных усилий. Выполнение задачи упрощается использованием типового съемника, как схематически показано на рис.6.8а). Здесь показан передний конец 1 вала, на котором установлена полумуфта 2. Конец винта 3 съемника упирают в торец вала, захваты съемника своими зубцами заводят за края полумуфты, как показано на рис.6.8а). Вращая винт 3 съемника, стаскивают полумуфту 2. Если полумуфта имеет осевые отверстия, то можно использовать более простой съемник с траверсой(см. Рис.6.8б), с которым может работать один человек. Съемник представляет собой траверсу 3, в центральное отверстие которой вворачивается винт. Траверса 3 соединена с полумуфтой 2 болтами. Стяжка полумуфты достигается при ввинчивании винта 1 съемника в центральное отверстие траверсы с упором его в торец вала. Облегчить операцию может предварительное смачивание соединений керосином с выдержкой 1-5 часов или подогрев полумуфты (например, с помощью газовой горелки или паяльной лампы) при одновременном прокручивании винта съемника. При этом вал лучше охладить, например, обвернуть смоченной в воде асбестовой массой или ветошью. Здесь важно уловить максимальный перепад температуры от муфты к валу. Необходимо знать, что съемники, подобные показанным на рис.6.8а и б), не универсальны. Они отличаются габаритами, способами наладки, конструкцией захватов и т.п.

Рис.6.8. Съемники, применяемые при разборке

электрической машины:

а) типовой съемник; б) съемник с траверсой;

в) съемник с разъемным хомутом

Поэтому для съема детали с вала рекомендуется подобрать оптимальный съемник. В отдельных случаях применяют специальные гидравлические съемники. Для извлечения шпонок, штифтов и т.п., если они имеются на выходном конце вала, следует применять выколотки из мягких сплавов (латунь, алюминий и т.п.), не оставляющие на стальных деталях забоин или других дефектов.

Последовательность дальнейшей разборки зависит от конструкции подшипниковых узлов. На рис. 6.9 показаны конструкции, чаще других встречающиеся в электрических машинах общепромышленного назначения. Здесь показан узел “а)” с так называемым “плавающим” подшипником 2, расположенным в отверстии щита 1. Осевое положение подшипника регулируется шайбой 3, которая может быть плоской или пружинной. В узле “б)” подшипник закрыт с двух сторон фланцами 4 и 5, стянутыми винтами. Здесь предусмотрен фланец 5, который крепится удлиненными винтами, проходящими и через отверстия фланца 4. Как правило, короткие и удлиненные винты со стороны фланца 4 чередуются вокруг вала. В варианте “в)” показаны каналы 6 и 7 для подпитки маслом без разборки узла. В варианте с закрытым подшипником с внутренней стороны предусмотрен фланец 5, который крепится к щиту удлиненными винтами, проходящими и через отверстия фланца 4. Как правило, короткие и удлиненные винты со стороны фланца 4 чередуются вокруг вала. Необходимо выкрутить два соседних винта и сравнить их по длине. Разная длина этих винтов свидетельствует о закрытой конструкции узла. При этом следует быть внимательным, так как в одной машине подшипниковые узлы могут иметь различное исполнение. В закрытом узле требуется вначале выкрутить все винты и снять фланец 4. И только после этого можно приступать к съему щита. Последовательность дальнейшей разборки зависит от конструкции подшипниковых узлов. При разборке следует быть внимательным, так как в одной машине подшипниковые узлы могут иметь различное исполнение.

Рис.6.9. Конструкции подшипниковых узлов

электрических машин общего назначения: а) с плавающим подшипником; б) с закрытым подшипником; в) с подпиткой маслом

В закрытой конструкции требуется вначале выкрутить все винты и снять фланец 4. И только после этого можно приступать к съему щита.

Для снятия щитов необходимо все резьбовые соединения, крепящие щиты к станине, отвинтить. Известно, что сопрягаемые поверхности щита и станины образуют замок, обеспечивающий соосность этих деталей. В некоторых машинах посадка в замке может оказаться с натягом, что создаст некоторые затруднения в дальнейшей разборке. В более старых конструкциях можно обнаружить в щитах “холостые” или технологические отверстия с резьбой. Ввернув в эти отверстия крепежные болты, можно “отжать” щит от станины. Закручивание винтов следует выполнять равномерно, не допуская большого перекоса оси щита. При отсутствии технологических отверстий стягивание щита можно осуществить с помощью “монтировки”, если её конец ввести в зазор между щитом и станиной и действовать ею, как рычагом. При отсутствии же такого зазора щит стягивают легкими ударами по краю щита через мягкие выколотки или прокладки (латунь, текстолит, древесина). Щит вначале сойдет с замковой поверхности станины, и ротор ляжет на поверхность расточки статора. Следует принять меры, чтобы ротор не передвигался по поверхности расточки статора. Далее необходимо снять щит с наружной обоймы подшипника. В такой же последовательности снимают второй щит.

Очередной ответственной операцией является вывод ротора из статора. Ротор весом до 10 кг можно аккуратно вывести из отверстия статора вручную. С увеличением веса ротора при его выводе существует опасность соприкосновения зубцов статора и ротора, что может привести к разрушению защитного покрытия, к “распушению” зубцов, что в свою очередь приведет к повреждению пазовой изоляции. При выводе ротора из расточки статора возникает также опасность повреждения лобовых частей обмоток. Указанные проблемы возрастают с увеличением веса ротора. Для вывода ротора в этих случаях используют специальные приспособления. Вариант такого приспособления схематически показан на рис.6.10а).

Рис.6.10. Вывод ротора из статора:

а) вес ротора до 10 кГ; б) в случае тяжелого ротора

Оно позволяет использовать для вывода ротора любое имеющееся крановое оборудование. Приспособление содержит трубу 1, куда вставляется один из концов вала ротора 2. Кольца 3 и 4 позволяют поднять приспособление краном вместе с ротором. Кольцо 3 может при наладке перемещаться по рейке 5 для совмещения с центром тяжести ротора. С помощью рукоятки 6 оператор корректирует положение ротора при его выводе из статора 7. При использовании этого способа из-за концентрации механических напряжений на валу могут остаться вмятины. Для вывода роторов крупных машин операция выполняется с использованием крана или специального козлового приспособления. Последнее схематично показано на рис.6.10б). Вал ротора 1 с одной стороны удлиняют трубой 2, после чего ротор подвешивают на стропах 3, как показано на рисунке. Далее с помощью приспособления 3 ротор осторожно сдвигают вправо. После этого правая стропа переносится на бочку ротора, чем и обеспечивается полный вывод ротора.

Подшипники с вала снимают различного рода съемниками (рис.6.8) при обязательном выполнении условия, чтобы стягивающее усилие прикладывалось к внутреннему кольцу подшипника. С учетом этого требования съемник целесообразно дополнить разъемным хомутом. Схематически он показан на рис.6.8в). Здесь показано, что подшипник 1 с вала 2 стягивается с помощью съемника 4 и разъемного хомута 3. Следует обратить внимание, что на хомуте 3 имеется выступающий буртик, который упирается во внутреннее кольцо подшипника. На рисунке также показан вид на хомутик вдоль его оси. Две половинки хомута после установки на вал в рабочем положении, стягивают болтами 5. После этого специальными болтами 6 хомут 3 соединяют со съемником 4. Приведенная типовая схема разборки может оказаться не в полной мере приемлемой для некоторых специальных исполнений электрических машин. Особенно это относится к крупным машинам. Однако, знание приведенных приемов и конструкции машины позволит найти верное решение и успешно решить задачу.

2.5. Дефектация узлов и деталей

Необходимость дефектации и контрольных проверок узлов и деталей после выполнения первого этапа разборки связана с тем, что эти работы не могли быть выполнены на собранной машине. Перед тем, как приступить к оценке состояния деталей и узлов, их следует хорошо очистить от грязи, масел, остатков изоляции и др. С этой целью их подвергают мойке, для чего рекомендуется использовать растворы моющих препаратов мл-51 или мл-52 в горячей воде (до +90⁰с). Затем следует промывка в чистой проточной воде и интенсивная сушка в среде горячего воздуха. Прежде всего, производится внешний осмотр узлов и деталей на предмет выявления внешних дефектов.

При проведении дефектации узлов и деталей эти работы не могли быть выполнены на собранной машине машины, подшипниковых узлов, несущих и ориентирующих механических деталей (вала, подшипниковых щитов, станины). Все выявленные дефекты, как уже отмечалось, должны обязательно фиксироваться в акте дефектации или в специальном журнале. Осмотр активных частей начинается из выявления внешних признаков повреждения обмоток, магнитопроводов, коллектора, контактных колец.

Не случайно осмотр обмотки поставлен на первое место. До 70% случаев отказа электродвигателей связаны с дефектами в обмотках. При осмотре обмоток прежде всего следует обратить внимание на механические или термические повреждения изоляции лобовых частей, в доступных для осмотра участках пазовых частей. О термических повреждениях свидетельствуют потемнение, растрескивание или обугливание изоляции отдельных витков, катушек, междуфазной изоляции в лобовых частях, корпусной изоляции в пазах. Вывод о термическом повреждении подтверждается заметным запахом подгоревшей изоляции.

Повреждение магнитопровода чаще всего бывает связано с ослаблением его прессовки, крепления в корпусе (на валу) или деформированием зубцов или других участков при цеплянии ротора за статор. Последнее хорошо заметно на глаз. Ослабление крепления магнитопровода в корпусе или на валу устанавливается выявлением соответствующих взаимных смещений. Ослабление прессовки магнитопровода выявляется стальным щупом толщиной 0,2 мм. Он не должен под нажатием руки входить между листами на глубину более 2-3 мм (см. Рис. 6.11а). Обращается также внимание на состояние зубцов. На их поверхности могут появиться места повреждения защитного покрытия, царапины, деформирование отдельных пластин. Признаком появившегося дефекта может быть увеличенное распушение (веер) зубцов. Схематически этот дефект показан на рис. 6.11б). Осевая длина l магнитопровода 1, размещенного на валу 2, из-за распушения в области зубцов возрастает на величину δl. Это увеличение не должно быть более 1мм на 50 мм длины.

при дефектации электрических машин постоянного тока тщательным проверкам подвергаются все компоненты щеточно-коллекторного аппарата. Особое внимание уделяют дефектации щеточного узла. Прежде всего, проверяют состояние щеток, их соединения с клеммами, свободу перемещения в канале щеткодержателя. Если щетка изношена больше, чем на 0,5 своей длины, её лучше заменить. Зазор между щеткой и стенками щеткодержателя не должен быть больше 0,4 мм. Качество прилегания щетки к коллектору (кольцу) оценивают состоянием её торцевой поверхности. Она не должна иметь сколов, поверхность должна быть глянцевой. Матовые участки и пятна свидетельствуют о наличии зазоров, где скапливается щеточная пыль.

Рис.6.11. Дефектация магнитопровода и коллектора:

а) проверка прессовки сердечника; б) выявление распушения зубцов; в) устройство разборного коллектора

При осмотре коллектора или контактных колец обращается внимание на состояние корпусной изоляции. Она должна иметь гладкую поверхность без забоин, отколов и трещин. Цвет изоляции должен быть равномерным. Целесообразно также проверить сопротивление и электрическую прочность изоляции щеткодержателя относительно корпуса. Тщательному осмотру и контролю подвергают коллектор. Это сделать удобно после распайки петушков и удаления якорной обмотки. На рис. 6.11в) для примера показана в разрезе наиболее распространенная конструкция разборного коллектора. Здесь обозначены: 1 – коллекторные пластины; 2 – изоляция между пластинами; 3 – стальная втулка; 4 – бандажи из изоляционного материала; 5 – нажимной конус; 6 – гайка. Внешним осмотром оценивают глубину выработки его внешней поверхности, наличие канавок (продорожек) к между коллекторными пластинами, состояние изоляции между пластинами и относительно корпуса. Качество прессовки коллекторного пакета проверяют простукиванием, глухой звук свидетельствует о недостаточном распоре в пакете пластин. Проверяется монолитность коллекторного пакета, оценивается выработка от щеток его активной поверхности а (рис. 6.11в).

после первой разборки машины появляется возможность более глубокой приборной проверки обмоток статора и ротора. При необходимости снова проверяются правильность соединения катушек, сопротивление изоляции, целостность обмоток (прозваниванием). На этом этапе появляется возможность объективного выявления витковых замыканий. Нужно знать, что с уменьшением мощности машины соответственно увеличивается число витков в обмотке при одновременном уменьшении сечения провода. В результате может оказаться, что замыкание одного или нескольких витков может привести к незначительному изменению активного сопротивления обмотки. В этом случае выявить дефект приведенными способами не удается. Выход из положения находят в использовании подковообразного магнитопровода с обмоткой (“магнитного башмака”). Физический смысл и способ применения такого устройства для контроля статора поясняются на рис. 6.12а) и они были рассмотрен ранее. По аналогии задача решается при дефектации ротора.

Рис.6.12. Обнаружение витковых замыканий

в обмотке статора (а) и ротора (б)

На 6.12б). Показан магнитопровод 1 ротора (якоря), в пазах которого имеется короткозамкнутый виток 2. Его стороны всегда расположены в двух разных пазах магнитопровода. К смежным зубцам одного из этих пазов прикладывают подковообразный магнитопровод 3 с обмоткой. Её следует подключить к источнику переменного тока, например, с частотой 50гц. Величину нужно тока подобрать такой, чтобы катушка не нагревалась. Этот ток возбуждает магнитный поток ф, путь которого показан на рис.6.12б пунктиром. Пронизывая виток 2, этот поток индуктирует в нем эдс. Если виток замкнут, то по витку потечет обусловленный этой эдс ток, который в свою очередь создает собственное магнитное поле витка. Наличие собственного поля витка свидетельствует о том, что этот виток замкнут. Его можно выявить двумя способами: с помощью стальной пластинки 4, которая будет вибрировать, будучи приложенной к паре зубцов, смежных и исследуемым пазом, или же с помощью второго такого же подковообразного магнитопровода 5 датчика с вольтметром в цепи его обмотки. О наличии замкнутого витка в пазу укажет отклонение стрелки вольтметра v. Последним способом удается выявить даже один замкнутый виток в многовитковой катушке. Полезно обратить внимание на то, что рассмотренный способ без существенных корректировок может быть использован для выявления обрывов стержней в короткозамкнутых роторах асинхронных электродвигателей.

Визуальный осмотр подшипниковых узлов сводится прежде всего к оценке состояния смазки и рабочих тел самого подшипника. Внутренняя обойма подшипника должна сидеть на шейке вала неподвижно, без следов взаимного смещения. Затем следует оценить степень выработки сопрягаемых поверхностей подшипникового щита. Посадочные поверхности этих деталей должны иметь размеры с жесткими допусками: замки щитов и станины - в пределах 7-9-го квалитетов (h7-h9), отверстие под подшипник - н6 - н7. Измерение проводят в двух-трех плоскостях, что позволяет выявить недопустимые отклонения от окружности.

Дефектация подшипниковых щитов и станины предусматривает также выявление сколов, трещин, деформаций. Подобным образом производят дефектацию других механических деталей, крепежа и т.п. При осмотре ротора обращается внимание на состояние центровых отверстий на торцах вала, в частности - их конических поверхностей. В районе выявленных забоин следует аккуратно шабером убрать металл в местах его выпучивания, стараясь не повредить недеформированные поверхности. Следует помнить, что указанные поверхности будут использоваться в качестве технологических баз, если возникнет необходимость в токарной обработке или шлифовке. Одновременно дается оценка состоянию сопрягаемых поверхностей вала: выходного конца, шеек под подшипниками и др. При выявлении следов износа производят измерения с учетом того, что поверхность изнашивается неравномерно как по окружности, так и по длине вдоль оси вала. Поверхности под подшипниками и под крыльчатку вентилятора выполняются по квалитету 7- 10. Вал электрической машины является одной из наиболее нагруженных деталей. Нагрузка на валу имеет циклический характер, что может привести к усталостным явлениям в металле. Поэтому при его дефектации тщательно осматривают вал в местах резкого изменения диаметра. Именно в этих местах наблюдается максимальная концентрация нагрузки.

Результаты проверок тщательно анализируются и по каждому выявленному дефекту принимают решение. К ним относятся: доработать некоторые поверхности деталей с целью восстановления их функций; выполнить дополнительные элементы с целью восстановления геометрической формы, размеров, точности, физических свойств; взамен непригодной для эксплуатации детали. Если такие варианты неприемлемы, то ставится задача изготовить новую деталь с учетом имеющихся технологических возможностей, а также - заменить дефектный узел или деталь другим изделием, изготовленным в заводских условиях.

2.6. Ремонт механических деталей

Восстановительный ремонт можно считать оправданным, если его стоимость не превышает 40-50 % стоимости новой детали. Чтобы правильно решить эту задачу, нужно знать экономические и технические параметры новых и восстановленных деталей. Используя современные способы реставрации деталей, можно не только полностью восстановить свойства, но в некоторых случаях и превзойти их. Восстановление изношенных деталей чаще всего производят следующими способами: механической обработкой до ремонтных размеров, наращиванием металлом с последующей механической обработкой, восстановление полимерными и композиционными материалами, гальваническое наращивание. При выполнении единичных ремонтных работ иногда можно для восстановления размера или элемента детали изготовить дополнительные элементы с последующим надежным соединением. Ремонтным называют размер, до которого производится обработка изношенной поверхности детали при её восстановлении. Различают ремонтные размеры свободные и регламентированные. При единичном ремонте отдают предпочтение свободным ремонтным размерам, хотя они и требуют подгонки размеров сопрягаемых деталей. Регламентированные ремонтные размеры предпочтительны при выполнении работ на специализированных предприятиях, так как они ставят целью использовать при сборке принцип взаимозаменяемости. Ремонт с наращиванием металла на изношенные участки предполагает наплавку металла в электрической дуге, в пламени газовой горелки, в том числе под слоем флюса. Наплавку обычно производят малоуглеродистой сварочной проволокой. Применение эпоксидных и других полимерных материалов и композиций в ряде случаев может существенно упростить ремонтные работы. Наиболее широко употребляемые материалы: акрилат аст-т, бутакрил, эпоксидные компаунды с наполнителями и т.п. Для придания им требуемых физических свойств применяют различные наполнители: органические, минеральные, металлические порошки и др. Применение этих материалов требует особой аккуратности, так как некоторые добавки могут неблагоприятно влиять на здоровье человека. Поверхности деталей, на которые должны накладываться слои полимера, необходимо тщательно очищать механически, обезжиривать растворителем, что обеспечит высокую сцепляемость материалов.

Ремонт с изготовлением элементов дефектных деталей с последующим соединением с деталью часто становится предпочтительным при выполнении единичного ремонта. Такие элементы деталей можно назвать деталями компенсаторами. Для соединения компенсатора с деталью применяют неподвижные посадки, сварку, склеивание. Клеевой способ широко применяют в ремонтных работах для получения прочных соединений. При этом используют много различных клеев. Лучше других зарекомендовали себя эпоксидные клеи на основе смолы эд-16 или эд-201. Для их отвердения используют отвердитель - полиэтиленамин. Клеевой шов будет более надежным, если в клей добавить немного пластификатора (дибутилфталат или др.), а также наполнителя в виде тонкого порошка. Выполнение клеевых соединений требует тщательного соблюдения требований технологических инструкций.

Из механических деталей электрических машин чаще других в ремонте нуждаются валы, подшипниковые щиты, станины. В электрических машинах общепромышленного назначения применяются монолитные ступенчатые валы. Каждая ступень вала предназначена для сопряжения с определенными деталями или узлами: сердечник ротора, коллектор, вентилятор, подшипники, соединительные муфты и др. Однако не все ступени вала изнашиваются с равной вероятностью. Чаще всего изнашиваются цапфы в случае проворачивания внутреннего кольца подшипника и выходной конец вала, воспринимающий иногда значительную динамическую нагрузку при повышенной погрешности центровки с приводным механизмом. Изнашиваются также шпоночные пазы, канавки, другие поверхности, несущие значительные нагрузки. Особенностью ремонта валов электрических машин является то, что работы приходится чаще всего вести в условиях, когда на валу установлены сердечник (иногда - с обмоткой), коллектор, контактные кольца или др. Поэтому при проведении работ предпринимаются меры по недопущению их повреждения.

Начинается ремонт вала с проверки и, при необходимости, восстановления центровых отверстий. Если повреждение не удается устранить слесарными приемами, как указывалось выше, центровые отверстия восстанавливают на токарном станке. Соосность вала со шпинделем можно обеспечить тем, что ротор зажимается с помощью цангового устройства или разрезного кольца, сжимаемого кулачками патрона. Последнее показано на рис.6.13а), где кулачки 1 сжимают разрезанное кольцо 2, сопрягаемое с одной из цилиндрических поверхностей ротора 3, имеющей минимальный износ (цапфы, коллектор, сердечник и т.п.). Центровое сверло 4 установлено в задней бабке станка. Таким образом центровые отверстия обрабатываются поочередно.

Способ ремонта изношенной поверхности ступени вала выбирают после установления характера и степени износа. Проточка до ремонтного размера может быть принята только для выходного конца вала, если ремонтный размер будет меньше начального не более, чем на 6-8 % .

Рис.6.13. Ремонт механических деталей:

а) - восстановление центрового отверстия

б) - наплавка металла на шейку вала;

в) - посадка втулки со стопорами

При этом придется изготовить другую полумуфту, обеспечивающую оптимальное соединение с валом. Проточка цапф вала под ремонтные размеры потребует замены подшипников, что с подшипниками качения практически неприемлемо. Поэтому эти ступени ремонтируют, стремясь увеличить изношенный размер до номинального. Ремонт этих поверхностей лучше выполнить наплавкой металла с последующей проточкой и шлифовкой или применить втулку-компенсатор. При наплавке металла ступень вала необходимо подготовить к выполнению операции. Подготовка сводится к тому, что торец ступени протачивают на конус с углом 15-20⁰ , как показано на рис.6.13б). Металл наплавляется в виде отдельных швов вдоль оси вала. Швы образуют поочередно на диаметрально противоположных сторонах цапфы, что сводит к минимуму опасность тепловой деформации вала. Рекомендуемый порядок наложения щвов указан на рисунке. Полосы швов должны выходить на следующую ступень вала, чередуясь по длине, как показано на рисунке. Количество швов должно обеспечить надежное соединение цапфы с подшипником. После наплавки поверхность обрабатывают на токарном и кругло-шлифовальном станках в размер, обеспечивающий требуемое сопряжение с подшипником. Следует при этом помнить, что внутреннее кольцо подшипника качения должно крепиться на валу неподвижно. Это обеспечивается специальными стопорными деталями или посадкой с натягом. Натяг не должен заметно уменьшать радиальный зазор подшипника. Недостатком приведенного способа ремонта цапфы является его трудоемкость, а также возникновение внутренних напряжений в детали в результате наплавки металла.

Более технологичным является способ ремонта с применением ремонтной втулки, когда с ремонтируемой цапфы стачивают слой металла. Причем снимаемый слой не должен превышать 10 % от диаметра цапфы. Ремонтная втулка в конечном итоге должна иметь толщину стенки не менее 0,5 мм. Внутренний диаметр втулки выполняется по месту с зазором до 0,05 мм при шероховатости поверхности ra20. Наружный диаметр втулки имеет припуск 2-3 мм. Втулка устанавливается на проточенную цапфу вала на эпоксидный клей. Окончательную обработку наружной поверхности втулки ведут при интенсивном охлаждении через 24 часа после её установки и отвердения клея. Менее нагруженную цапфу, которая расположена на заднем конце вала, можно восстановить ремонтной втулкой, применив посадку с подогревом втулки.

Ремонт изношенных ступеней вала возможен гальваническим наращиванием металла (электролитическое хромирование), но этот способ требует дорогостоящего оборудования и строгого соблюдения режимов. Поэтому он применяется на специализированных предприятиях.

При прослаблении посадки сердечника ротора на валу его необходимо снять с вала и на сопрягаемой поверхности вала выполнить накатку. После этого вал снова запрессовывают в отверстие сердечника. В некоторых случаях возникает необходимость ремонта шпоночных соединений. Здесь возможны два варианта. Первый - шпоночный паз заплавляют сварочным швом с последующей фрезеровкой нового паза. Второй - фрезеровкой увеличивают ширину паза и изготавливают специальную шпонку.

Ремонт подшипниковых щитов чаще всего сводится к восстановлению размера цилиндрической поверхности отверстия под подшипник. Её повышенный износ возникает обычно в результате проворачивания внешнего кольца подшипника. Износ этот имеет, как правило, неравномерный характер, в результате чего не только меняется форма отверстия, но и происходит заметное смещение его оси. Ремонт поверхности выполняют обычно с применением компенсационной втулки. Для этого отверстие в щите необходимо расточить, используя в качестве технологических баз поверхности замка. Втулка выполняется с припуском под обработку по внутреннему диаметру. Установка втулки в щит проще всего может быть выполнена с применением эпоксидного клея. После выдержки для отвердения клея отверстие окончательно растачивают, базируя в станке по замку. Если нет возможности выполнить клеевое соединение, втулку можно запрессовать в щит с натягом, однако при этом её рекомендуется зафиксировать дополнительно стопорными винтами, как показано на рис.6,13в). Здесь в щит 1 запрессована стальная втулка 2. Стопоры 3 ввернуты в отверстия, просверленные и нарезанные после запрессовки втулки 2. Стопоры после завинчивания рекомендуется зачеканить.

Одним из наиболее распространенных дефектов корпусных деталей (станины, щитов) являются трещины, сколы и повреждения резьбовых отверстий. Заделку трещин производят заваркой, если эта операция не приведет к деформированию сопрягаемых поверхностей. При этом на краях трещины засверливают отверстия сверлом 6-8 мм на всю глубину трещины. Это предотвратит дальнейшее растрескивание детали. Далее с помощью шабера, шарошкой или другим инструментом трещину разделывают под заварку под углом не менее 70 ⁰ , притупляют кромки. Заварку трещин в стальном корпусе производить лучше электрической дугой постоянного тока. В качестве присадочного материала обычно используют медный стержень в железной оболочке (0,3 мм) с меловой обмазкой. В качестве флюса используют буру с добавлением железных опилок (до 25 %). После наложения шва его следует простучать и очистить от шлака и окалины. Трещины в деталях из алюминиевых сплавов заделывают с применением аргонно-дуговой сварки.

Износ и срыв резьбы в крепежных отверстиях происходит из-за несоблюдения режимов при многократных разборках и сборках изделия. В стальных корпусах изношенное отверстие лучше заварить, а затем - просверлить и нарезать новое. В чугунных корпусах отверстие рассверливают, изготовляют футорку, завертывают в отверстие и проваривают стык. Затем просверливают и нарезают новое отверстие. В корпусах из алюминиевых сплавов целесообразна замена болтов на шпильки с гайкой. Шпильку в корпусе лучше установить на клей. Если позволяет конструкция, допускается во всех случаях рассверливать отверстие до ближайшего стандартного номинала резьбы.

2.7. Ремонт шихтованных магнитопроводов

Дефекты шихтованного магнитопровода, чаще всего встречающиеся в практике ремонта электрических машин общепромышленного назначения, включают: ослабление посадки сердечника в станине, ослабление прессовки пакета, распушение зубцов (возникает, как правило, в результате выемки обмотки из пазов), выкрашивание или выгорание нескольких пластин в зубцах.

При ослаблении посадки сердечника в корпусе необходимо проверить состояние стопорных винтов или кольцевых шпонок, фиксирующих сердечник. Сердечник устанавливают на место, предусмотренное конструкцией, а стопоры или кольцевые шпонки меняют на новые. Под стопоры при этом сверлят и нарезают новые отверстия в корпусе.

Уменьшение силы спрессовки сердечника, как правило, связано с отслоением крайних листов. В крупных электрических машинах, где сердечник статора бывает стянут осевыми шпильками, производят подтяжку гаек с последующей контровкой. При отсутствии стяжных шпилек на торцах магнитопровода могут быть установлены нажимные шайбы. В этом случае подпрессовка сердечника может быть обеспечена, если между этой шайбой и крайним листом забить текстолитовые клинья. Эту работу выполнить легче, если пакет предварительно стянуть шпильками, пропущенными через пазы (рис.6.14а). Тогда между крайним листом и нажимной шайбой может образоваться зазор, в который и забивают текстолитовую пластину, предварительно смазанную клеем. Стяжные шпильки нужно снять после затвердевания клея.

Рис.6.14. Ремонт шихтованного магнитопровода:

а) – стяжка сердечника; б) – скрепление крайних

зубцов сварочным швом; в) – зубец с пломбой

Ослабление прессовки в машинах менее 6-10 квт проявляется чаще в форме распушения (веера) зубцов. При изготовлении машины веер зубцов предотвращают установкой крайних утолщенных листов, чтобы упростить производство, крайние листы заменяют иногда пакетами штатных листов толщиной 4-8 мм, скрепленных точечной сваркой. Поэтому при ремонте электрических машин веер может возникнуть в результате неосторожных действий при ремонте: при выемки пазовых частей катушек, из-за неравномерного распределения усилий при осевой прессовке сердечника. Для уменьшения веера зубцов наилучший результат дает склейка их эпоксидным или другим клеем. Для этого приходится узкой стальной полосой развести соседние лепестки зубца и в образовавшийся зазор подать клей. Удобно для этой цели использовать медицинский шприц. Достаточно проклеить зубцы на 5-10 мм от торца сердечника. После этого зубцы стянуть, как показано на рис.6.14а), на время полимеризации клея. Более простой способ устранения дефекта связан с применением сварки. Зубцы стянуть шпильками (рис. 6.14а) и ножовочным полотном по оси зубцов сделать пропилы на глубину до 2-х мм на расстоянии до 8 мм от торца сердечника. Образовавшиеся пазы проварить электродом диаметром до 2-х мм. (рис. 6.14б) после этого стяжные шпильки снять, а швы - спилить до уровня поверхности расточки статора. При выборе способа устранения веера зубцов полезно помнить, что наложение сварочных швов может привести к некоторому увеличению потерь энергии в стали машины. Перегорание проводников в пазах может сопровождаться возникновением электрической дуги. Последнее часто приводит к повреждению расположенных рядом зубцов (оплавление, выгорание и т.п.). При ремонте магнитопровода дефектный участок зубца удаляют (вырубают зубилом или вырезают шлифмашинкой). После этого в соседние пазы вставляют пробки, смазанные тонким слоем масла, и на место удаленной части зубца устанавливают пломбу (рис.6.14в). Если поврежденный участок зубца по длине не превышает 10 % осевой длины сердечника, пломбу можно изготовить из стеклотекстолита, поставив в зубец на эпоксидный клей с натягом с целью предотвращения распушения зубца. Но лучше пломбу выполнить из шпатлевки, состоящей из эпоксидного компаунда с добавлением мелкого железного порошка. Доля последнего должна быть максимальной и ограничивается только удобством выполнения пломбы. После затвердевания клея пробки из пазов выбить.

2.8. Ремонт короткозамкнутой обмотки ротора

Короткозамкнутые обмотки ротора выполняют сборными и литыми. В первом случае размещенные в пазах стержни (медные или латунные) соединяют с коротко-замыкающими кольцами пайкой или сваркой. Во втором случае все элементы обмотки (стержни и кольца) образуются как одно целое в результате заливки расплавленного металла в специальную форму. Типичным дефектом сборной обмотки является: ослабление стержней в пазу, обрыв или подгорание отдельных стержней, нарушение контакта между стержнем и коротко-замыкающим кольцом.

Ослабление стержней в пазах может привести к перемещению обмотки относительно магнитопровода ротора, что вызовет его небаланс и последующие за ним негативные последствия. Ослабление стержней выявляют простукивание молоточком. Удар наносится по стальному бородку, который может свободно пройти через шлиц паза и упереться в стержень. Об ослаблении стержня свидетельствуют дребезжащий звук или его перемещения в пазу. Дефект устраняется расчеканкой стержня на всей длине стержня (рис. 6.15а). Боек чекана 1 вводят в шлиц паза и наносят удар молотком, в результате чего стержень 2 деформируется, выбирая появившиеся зазоры. Незначительные трещины на торцах стержней или в местах их сварки (пайки) разделывают шабером или шарошкой и заваривают на глубину не менее 0,25 толщины стержня. Соединение стержня с кольцом восстанавливают пайкой медно-фосфористым припоем мф-3. При значительных повреждениях стержня возникает необходимость в его замене. Удалить стержень можно его высверливанием, для чего могут понадобиться специальные сверла с удлиненными хвостовиками. Можно тонкой дисковой фрезой прорезать стержень через шлиц паза на всю длину. Это приведет к ослаблению крепления стержня в пазу и его можно выбить на 15-20 мм. После этого специальным захватом стержень выдергивают из паза.

Рис.6.15. Ремонт короткозамкнутого ротора:

а) – расчеканка стержня;

б) - восстановление оборванного стержня

При изготовлении нового стержня важно подобрать идентичный материал. Наиболее вероятным дефектом литой обмотки являются разрывы стержней или появление трещин в коротко-замыкающем кольце. Если обмотка выполнена из алюминиевого литья, то в случае обрыва даже одного стержня она не восстанавливается. Даже выплавка обмотки и её перезаливка потребует материалов (первичного алюминия) со специальными свойствами, сложного и дорогого оборудования. Тем не менее, и в этом случае работоспособность двигателя может быть восстановлена в значительной степени, если использовать следующие способы ремонта. Место обрыва стержня 2 необходимо рассверлить в радиальном направлении, как показано на рис.6.15б). Образовавшееся отверстие заполнить алюминием с использованием аргонно-дуговой сварки. Чаще обрывы возникают в месте перехода стержня в кольцо. В этом случае с помощью фрезы или слесарными приемами удалить прилегающий участок кольца, а затем попытаться восстановить его наплавкой алюминия с помощью аргонно-дуговой сварки. Полезно знать, что обрыв стержня в литой обмотке чаще всего можно считать производственным дефектом. Его причиной является чрезмерная осевая прессовка сердечника ротора перед заливкой. Поэтому даже после ремонта дефектного стержня можно ожидать обрыва очередного. После ремонта ротор должен быть отбалансирован.

2.9. Ремонт коллекторов и контактных колец

В электрических машинах общего применения применяются коллектора двух конструкций: со стальным (разборным) и с пластмассовым (неразборным) корпусом. Коллектора первого типа более ремонтнопригодны, так как возможность их разборки создает условия для ремонта или замены практически любой детали. Однако такой ремонт требует использования сложного и дорогостоящего оборудования и строгого соблюдения технологических режимов. Поэтому он возможен только на специализированных предприятиях. Однако некоторые дефекты коллекторов могут быть устранены и в неприспособленных условиях. С этой точки зрения возможность восстановления работоспособности коллектора мало зависят от его типа.

Дефекты, которые могут быть устранены без разборки коллектора, лучше показать на конкретных примерах. С этой целью на рис.6.16а) показаны конструктивная схема двух распространенных видов коллекторов: продольный разрез разборного коллектора и продольный разрез коллектора с пластмассовым корпусом. Здесь обозначены: 1 – коллекторная пластина (ламель); 2 – корпус с нажимным конусом; 3 – изоляционные манжеты; 4 – отлакированный бандаж; 5 - нажимной конус; 6 – гайка; 7 – пластмассовый корпус; 8 – стальная втулка. Наиболее четко дефекты коллектора выявляются, если выводы якорной обмотки отсоединены от петушков коллекторных пластин. При внешнем осмотре на активной поверхности могут быть выявлены глубокие царапины, выработка под щетками, отсутствие дорожек (канавок) между соседними пластинами, потемнения или следы подгара на краях изоляционных промежутков. Более серьезные дефекты выявляются инструментальным контролем: мегомметром проверяют качество изоляции между пластинами и относительно корпуса; часовым индикатором, вращая коллектор вокруг оси, проверяют радиальное биение и выявляют выступающие пластины.

Плотность прессовки пакета пластин проверяют, как отмечалось выше, простукиванием коллектора. Причиной ухудшения изоляции или даже прямого контакта между пластинами могут быть металлические перемычки или загрязнение проводящими продуктами канавок (рис. 6.16в) между пластинами. Дефект устраняется тщательной прочисткой канавок специально заточенным шабером, который легко сделать из обломка ножовочного полотна. Глубина канавки должна лежать в пределах 1÷2мм. Если же после этого дефект продолжает проявляться, это свидетельствует о серьезном повреждении самой межламельной прокладки.

Причиной ухудшения изоляции пластин относительно корпуса может быть перекрытие по поверхности бандажа 4 (рис.6.16а) или пластмассового корпуса 7 (рис. 6.16а). Если прожоги имеют незначительную глубину, они устраняются зачисткой стеклянной шкуркой. Место зачистки следует чисто протереть и покрыть двумя слоями лака. Способ устранения прожогов, имеющих значительные размеры, зависит от типа коллектора. Пластмассовый корпус 7 протачивают на токарном станке на глубину 1-3 мм (в зависимости от габарита), зачищают шкуркой и покрывают двумя слоями лака, обеспечивая образование гладкой глянцевой поверхности. В коллекторе со стальным корпусом нужно, соблюдая особую осторожность, заменить бандаж 4 (рис. 6.16а). С этой целью его подогревают до температуры + 160  180⁰с и снимают, стараясь не повредить выступающий край миканитовой манжеты 3. Новый бандаж выполняют намоткой тканой изоляционной ленты, промазывая её лаком, например, бакелитовым. После намотки бандаж покрывают двумя-тремя слоями лака с образованием глянцевой поверхности. После выполнения перечисленных операций снова проверяют качество изоляции с помощью мегомметра.

Если же дефект проявляется снова, это свидетельствует о серьезном повреждении межламельной прокладки. Коллекторной манжеты 3 (рис.6.16а) или сквозном прогорании корпуса 7 на втулку 8 (рис.6.16а). Такой дефект в рассматриваемых условиях неисправим и требует замены всего коллектора.

Рис.6.16. Ремонт коллектора:

а) – Конструктивные особенности коллекторов;

б) – Выбор усилия осевой прессовки коллектора;

в) – Продораживание коллектора

Важное место в ремонте коллектора занимает восстановление его рабочей поверхности, к которой прижимаются щетки. Прежде всего обращается внимание на выступающие пластины, что свидетельствует об ослаблении прессовки коллектора. Дефект больше свойственен разборной конструкции (рис.6.16а). Для его устранения коллектор нужно разогреть до температуры + 160-180⁰с и прессовать в осевом направлении, приложив усилия к втулке 2 и конусу 5. Усилие прессовки зависит от габарита коллектора и ориентировочно может быть определено по рис.6.16б). Здесь по оси абсцисс отложен диаметр коллектора, а по оси ординат - усилие прессовки. Прессующее усилие снимают после надежной затяжки гайки 6.

После охлаждения до нормальной температуры коллектор протачивают на токарном станке. Эту операцию лучше выполнять, если коллектор установлен на валу якоря. Проточка ведется до полного выведения следов износа, но не более 1-2 мм на сторону, в зависимости от габарита. Важно знать, что чрезмерная проточка может ослабить коллекторные пластины 1, что приведет к их деформированию под действием центробежных сил. Окончательно рабочая поверхность коллектора должна быть обработана тонкой стеклянной шкуркой.

Контактные кольца нуждаются в капитальном ремонте, если обнаружен пробой изоляции на корпус или между кольцами, произошло выгорание контактной шпильки, а также при потере формы контактной поверхности из-за значительного износа. Повреждения контактной поверхности колец - подгар, биение, неравномерный износ - устраняются проточкой. При незначительных повреждениях они могут быть устранены шлифовкой стеклянной шкуркой. Иногда для этой цели используют пемзу. Нужно иметь в виду, что пемза дает токопроводящую пыль, поэтому после обработки узел следует тщательно продуть сжатым воздухом. Нарушение контакта между кольцом и выводной шпилькой встречается чаще всего тогда, когда они соединены резьбой. В этом случае отверстие следует рассверлить на конус и произвести сварку или пайку. Пайка должна рассматриваться, как временная мера. Поверхностные нарушения изоляции устраняются зачисткой участка стеклянной шкуркой, тщательным обезжириванием с последующим покрытием изоляционным лаком или эмалью. При обнаружении пробоя изоляции возникает необходимость в переборке или полной замене колец.

2.10. Восстановление и ремонт обмоток

При ремонте обмоток электрических машин наиболее сложной задачей является извлечение поврежденной обмотки из пазов магнитопровода. Типовые решения этой задачи зависят от конструкции пазов, сечения провода, габаритов машины, вида изоляции и т.п. Трудность выполнения этой работы состоит в том, что изоляция обмотки пропитана клеящими лаками или компаундами, что не только придает обмотке высокую механическую прочность и монолитность, но и надежно соединяет пазовую часть каждой катушки со стенками паза. Особенно возрастают эти трудности, если пазы имеют закрытое, полузакрытое или полуоткрытое исполнение. В такие пазы катушки закладывают непропитанными, по частям через узкий шлиц (открытие паза). Извлекать же её приходится в монолитном состоянии. Задача решается поэтапно: подготовка обмотки к извлечению, ослабление сцепления со стенками паза, извлечение катушек из пазов, очистка и корректировка паза. Рассмотрим приемы выполнения этих работ по мере возрастания их сложности.

Проще других выполняются работы по извлечению катушек стержневой обмотки из открытых пазов. Такого типа обмотки используют. Например, в якорях сварочных генераторов. Разборку начинают с распайки бандажей и петушков коллектора. Проволочный бандаж обычно пропаян в нескольких местах по окружности с применением полосок луженой жести, один край которых загнут в сторону бандажа. Распайку следует начинать с конца бандажной проволоки 1 (рис.6.17а), для чего разогретым паяльником нагреть пропаянную полоску 2 и разогнуть концы. Затем освобожденный конец проволоки отматывают до очередной пайки, где процедура повторяется. Расплавление припоя в пайках можно производить обычным паяльником с электрическим или пламенным подогревом. Серьезным вопросом является отделение выводов якорной обмотки от петушков коллектора. Если они соединены сваркой, то выводы обрезают на токарном станке.

Глубина сварки лежит обычно в пределах 2,5 - 4 мм. Если соединение в петушках произведено пайкой, то его необходимо нагреть до размягчения припоя и вытолкнуть провод из шлица коллекторной пластины. При этом время нагрева должно быть минимальным, чтобы не перегрелась изоляция между коллекторными пластинами. Далее приступают к извлечению катушек из пазов. Пазовую изоляцию можно несколько ослабить её подогревом. Задачу можно решить разными способами: пропусканием тока по катушке, прогревом пазовой части узким пламенем газовой горелки, прогревом магнитопровода с обмоткой в печи и др. После этого извлекают пазовые клинья, а за ними - пазовые части катушек. Легче всего это сделать с помощью рычага и петли (рис. 6.17б) рычаг 1 упирается нижним концом в поверхность магнитопровода. При повороте рычага, как показано стрелкой, он увлекает за собой петлю 2 и приподнимает катушку в пазу. Под катушку подставляют клин 3, после чего петлю ослабляют и сдвигают влево. Для защиты поверхности магнитопровода следует предусмотреть подкладку 4 под конец рычага. Цикл повторяют до полного извлечения катушки. После выемки катушек и их дефектации решается вопрос об их ремонте или утилизации.

Рис.6.17. Выемка катушек из пазов:

а – заделка концов бандажной проволоки;

б – извлечение жесткой катушки из паза;

в – удаление лобовой части;

г – удаление обмотки после прогрева;

д – коррекция паза дорном

Труднее извлечь обмотку из круглого провода из полуоткрытых, полузакрытых или закрытых пазов. Наиболее характерным примером здесь служит статор асинхронного электродвигателя общепромышленного назначения. В этом случае извлечь катушку из пазов с возможностью их дальнейшего использования практически не удается. Поэтому чаще всего на токарном или специальном станке срезают одну из лобовых частей, заботясь при этом о сохранности магнитопровода. При этом целесообразно использовать специальные вращающиеся ножевые резцы. Их устройство и применение показано на рис.6.17в). Здесь показано, что статор 1 с обмоткой приводится во вращение, к лобовой части его обмотки подводится вращающийся ножевой резец 2. Лобовая часть срезается при поперечной подаче резца. При этом практически не образуется стружка, а нагрузка на зубцы магнитопровода - минимальна. Для ослабления изоляции узел нагревают в печи до температуры 300-350⁰с. Превышение температуры выше указанного предела может привести к разрушению изоляции между листами и к ухудшению магнитных свойств магнитопровода. Длительность нагрева подбирается минимальной, но обеспечивающей ослабление изоляции. Для машин мощностью 10-30 квт это время составляет 3-4 часа. К удалению обмотки приступают после охлаждения магнитопровода до температуры 55-65⁰ с. При этом обмотку захватывают за сохранившуюся лобовую часть и выдергивают из пазов, как показано на рис.6.17г). Здесь статор 1 закреплен захватами 2. Концы крючьев 3 заводят под лобовую часть обмотки и выдергивают её из пазов, как показано стрелкой нагрев статора для ослабления пазовой изоляции имеет существенные недостатки: большие энергозатраты, опасность ухудшения свойств магнитопровода, а порой - и невозможность полного восстановления параметров машины после ремонта. Последствия “выжига” изоляции могут быть настолько значительными, что иногда от этого приема приходится отказываться. Так, недопустим такой прогрев статора, если он имеет станину из алюминиевого сплава. В этих случаях иногда для ослабления изоляции магнитопровод с обмоткой выдерживают до 7-8 часов в ванне с 10% водным раствором едкого натра (каустика). Раствор при этом подогревают примерно до +90⁰с. Магнитопровод после извлечения обмотки тщательно моют в проточной воде и высушивают в печи. При ремонте в промышленных условиях хороший результат даст прогрев пазовой части в индукционных установках, но для этого нужны высокочастотные источники питания мощностью 30-60 квт. При разборке обмоток машин с неизвестными обмоточными данными последние по возможности определяются до начала операции, или несколько катушек прикрепляют к статору, по которым обмотчик сможет определить параметры обмотки. Следует отметить, что некоторые виды термореактивной изоляции, применяемые в современных машинах, не удается ослабить и при нагреве до температуры +400⁰с. Это создает серьезные трудности в проведении ремонтных работ. Для некоторых марок изоляции положительные результаты достигнуты вымачиванием обмотки в смеси, состоящей из метилена хлористого (60%) и спирта изобутилового (40%).

Пазы магнитопровода зачищают от остатков изоляции, продувают сжатым воздухом и также направляют на дефектацию, а при необходимости - на ремонт. Извлечение обмоток всегда сопровождается приложением значительных усилий к зубцам сердечника, в результате чего они деформируются, искажая пазы и по форме и по сечению. Поэтому пазы нужно тщательно проверить калибром и при необходимости произвести рихтовку (коррекцию) зубцов. Лучше всего эту работу выполнять “дорновкой”. Смысл этой операции показан на рис.6.17д). Где специальный стержень 1, называемый “дорном”, пропрессовывают между зубцами 2 вдоль каждого паза.

После ремонта магнитопровода в пазы закладывают катушки новой обмотки. Работа выполняется чаще всего в два этапа: намотка катушек и катушечных групп, а затем – укладка катушек в пазы. Катушечные группы для изготовления статорной обмотки можно изготовить как на специализированных станках, так и на приспособленном оборудовании. Главным элементом технологического оснащения обмоточных работ при ремонте является шаблон. На рис.6.18а) для примера показан эскиз намоточного шаблона, предназначенного для выполнения катушек к электродвигателям 4а с высотой оси до 132 мм. На раме 1 по направляющим 7 перемещаются и фиксируются две каретки 2. На каретках закреплены сменные головки 3, образующие ручьи для укладки катушек. Освободив фиксатор 5, поворачивают ручку 6. Кулачки 4 сближают каретки, что позволяет снять готовые катушки. Катушки можно намотать на шаблон, вращая его вокруг оси 0.

Намотка возможна и при неподвижном шаблоне, когда вокруг шаблона будет вращаться проводоводитель (механическая рука). Перед съемом с шаблона каждую катушку следует перевязать нитками не менее, чем в двух местах. Шаблон позволяет наматывать катушечные группы как для равнокатушечной, так и для концентрической обмоток. Намотанные катушечные группы передают на укладку в пазы.

К укладке магнитопровод должен быть подготовлен. В пазы закладывают пазовую (гильзовую) изоляцию, которую на выходе их паза подгибают, образуя манжеты двойной толщины. Каждую катушку укладывают в паз способом “всыпания витков”. Поэтому такие обмотки иногда называют “всыпными”. Содержание этой операции показано на рис. 6.18б). В паз с гильзой 2 закладывают технологические пластины 1, облегчающие всыпание проводников 3 катушки. После укладки всей катушки проводники уплотняют, закрывают края гильзы с перекрытием и закрывают паз.

Рис.6.18. Изготовление всыпной обмотки:

а - шаблон для намотки катушечной группы к электродвигателю серии 4А с высотой оси до 120 мм; б - всыпание катушки в паз; в - укладка обмотки с подъемом шага; г - струйная (капельная) пропитка

При выполнении двухслойной обмотки между слоями в пазу укладывают изоляционную прокладку. При укладке двухслойной обмотки используется прием “подъема шага”. Его суть показана на рис. 6.18в), где пазовая зона для наглядности развернута, а пазы и катушки показаны схематично. Здесь показано, что катушки на длине шага “у” укладывают в пазы только одной (левой) стороной, а вторая (правая) сторона остается приподнятой над пазами. После укладки левой стороны шестой катушки в этот же паз закладывают правую сторону первой катушки и т. Д. После укладки всех катушек производят пайку и изолировку соединений и выводов. Затем лобовые части увязывают и формуют ударами молотка через текстолитовую или фибровую пластинку.

Якорные обмотки машин постоянного тока из круглого провода выполняют по изложенной технологии с той разницей, что здесь нет необходимости изготовлять одним проводом группы из нескольких катушек. Каждую катушку наматывают и закладывают в пазы отдельно с последующей распайкой её выводов на коллекторе. Некоторой спецификой при ремонте обладают обмотки, выполненные проводом прямоугольного сечения. Если провод имеет эмалевую изоляцию, то такие катушки ремонту не подлежат. В этом случае катушки для замены обмотки получают с завода - изготовителя или изготавливают на специализированном ремонтном предприятии. Здесь катушки изготовляют по промышленной технологии, требующей применения широкой номенклатуры сложной оснастки. Если катушки выполнены проводом с пленочной изоляцией, то при местном повреждении пленки её можно восстановить. Для этого катушку извлекают из пазов, стараясь сохранить их форму, и осторожно срезают корпусную и витковую изоляцию. Затем каждый виток и катушку в целом рихтуют, старясь придать им первоначальную форму. Витковую изоляцию выполняют наложением лавсановой пленки в полнахлеста. Затем проводники собирают в катушку и накладывают корпусную изоляцию, которая может быть выполнена в виде пазовой коробочки или намотана лентой в полнахлеста.

Обмотки полюсов выполняют проводом круглого или прямоугольного сечения. Катушки из круглого провода обычно не ремонтируют, а наматывают вновь. При этом сохраняются обмоточные данные катушки и её геометрические размеры.

Катушки и обмотки электрических машин пропитывают лаком или компаундами, что существенно повышает их надежность и долговечность. Пропиточный состав скрепляет между собой витки провода и слои изоляции. При этом повышается влагостойкость обмотки, её механическая прочность, улучшается охлаждение. Перед пропиткой обмотка должна быть хорошо просушена. Если обмотка выполнена эмалированным проводом, то используют специальные пропиточные лаки мл-92, мгм-8, ко-916к и др. Технологичным считается использование компаундов кп-34 и кп-103, не содержащих растворителей. Нужно помнить, что пропиточный состав не должен ухудшать свойства витковой и корпусной изоляции, заложенных в обмотку. В промышленности используют различные способы пропитки обмоток: окунанием, с нижней подачей лака, вакуумная, вакуумно-нагнетательная, струйным поливом, капельная, ультразвуковая и др. Они различаются по технологической номенклатурой применяемого оборудования и технологическими режимами. В условиях ремонта наиболее удобные способы пропитки: окунанием, струйным поливом, капельный. Пропитка окунанием предусматривает погружение изделия в лак и выдержку до прекращения выделения пузырьков воздуха. При этом пазы магнитопровода должны занимать вертикальное положение. После пропитки нужно дать стечь излишкам лака и направить изделие на сушку. Время первой пропитки - в пределах 0,5 - 1 час. Повторная пропитка - от 10 до 20мин. Повторная пропитка обеспечивает дополнительное покрытие обмотки изоляционной пленкой. Следует отметить, что пропитка окунанием отличается повышенным расходованием лака, способствует загрязнению окружающей среды. Пропитка обмоток струйным поливом или капельная свободны от указанных недостатков. Изделие устанавливают на поворотный узел так, чтобы пазы располагались под углом к горизонту (рис. 6.18г). Лак тонкой струйкой или каплями подается на верхнюю точку лобовой части. Скорость подачи лака регулируется так, чтобы при максимальной подаче он успевал, не стекая, полностью впитываться обмоткой. Изделие при этом поворачивают вокруг оси. Пропитка ведется до тех пор, пока с нижней точки лобовой части на противоположной стороне не начнет стекать излишек лака.

После пропитки производится сушка обмотки. Её целью является удаление растворителя и запечка (полимеризация) полученной пленки. Сушка производится в вентилируемой печи (сушильном шкафу). Сушка лака включает два периода: удаление растворителя и запечка пленки. В первом периоде температура сушки не должна достигать температуры кипения растворителя. После его полного удаления температуру можно поднять до 120 - 160⁰с (в зависимости от типа лака) и сушить, периодически измеряя сопротивление изоляции мегомметром. По мере снижения скорости роста сопротивления период замера сокращают до 10, а затем до 5 мин. Сушку прекращают, если получены три одинаковые величины сопротивления изоляции. При сушке изделия следует помнить, что чрезмерная температура и повышение времени сушки приводят к преждевременному старению изоляции. В условиях ремонта сушку можно производить на открытом воздухе (или в хорошо вентилируемом помещении), нагревая обмотку пропусканием электрического тока. После сушки производится контроль качества и испытание обмотки. Проверяют: геометрические размеры, правильность маркировки выводов, электрическую прочность и сопротивление изоляции, отсутствие короткозамкнутых витков. Измеряют активное сопротивление изоляции.

2.11. Сборка и испытание электрических машин

Сборка, отделка и испытания завершают ремонт электрической машины. Сборочные операции подразделяются на заготовительные и окончательные. Заготовительные операции предусматривают соединение деталей в отдельные узлы (ротор, статор, щеточный узел и т.п.). Окончательная сборка обеспечивает соединение узлов и не вошедших в них деталей в готовое изделие - электрическую машину. Кроме указанных сборочные работы содержат ряд вспомогательных операций, обеспечивающих выполнимость и качество основных сборочных операций.

При соединении двух или более деталей (узлов) в новый узел следует выделять два этапа сборочной операции: предварительное ориентирование частей друг относительно друга в оптимальном положении и фиксация их взаимного положения в соответствии с требованиями конструкции. Предварительное ориентирование обеспечивается элементами конструкции или специальными технологическими приспособлениями. Допуски на размеры сопрягаемых поверхностей предусматривают разный характер сопряжения: с гарантированным зазором, с гарантированным натягом, с вероятностью как зазора, так и натяга. Сопряжение с натягом предусматривает при сборке приложения значительных усилий к деталям. Они не должны приводить к деформациям или другим повреждениям. Сопряжение с переходной посадкой для фиксации взаимного положения деталей предусматривает наличие какого-либо крепежа: резьбовые элементы, заклепки, штифты, шпонки и др. Посадки с гарантированным зазором обеспечивают взаимную подвижность деталей и фиксация их оптимального взаимного положения обеспечивается специальными конструкциями. Например, соединение ротора со статором осуществляется с помощью подшипниковых узлов, обеспечивающих их взаимную подвижность и достаточную сориентированность.

В процессе сборки электрической машины получаются так называемые сборочные размеры, получаемые в результате соединения деталей или узлов. Например, зазор между ротором и статором, величина вылета конца вала, осевой зазор (люфт) ротора, расстояние от щетки до края коллектора, смещение магнитопроводов ротора и статора вдоль оси и др. Требуемая точность сборочных размеров может обеспечиваться полной взаимозаменяемостью деталей, подбором (селективной сборкой), подгонкой, регулировкой и применением дополнительных деталей - компенсаторов. В условиях ремонта необходимость подбора или подгонки деталей может возникнуть при замене деталей (узлов) на новые. Чаще всего эта проблема возникает при сборке подшипникового узла после обработки шеек вала или при замене подшипника.

Надежность и удобство эксплуатации электрической машины в значительной степени оцениваются уровнем вибрации и шума, возникающих при вращении ротора. Чаще всего эти явления связаны с неуравновешенностью (несбалансированностью) ротора, которое вызвано смещением центра тяжести всего ротора или его частей с оси вращения (см. Рис. 6.19).

В первом случае имеет место статическая неуравновешенность, когда центр тяжести всего ротора с смещен с оси вращения (рис. 6.19а). Она легко выявляется установкой ротора на горизонтальных призмах (рис. 6.19б). При этом ротор поворачивается так, что его центр тяжести оказывается внизу. Неуравновешенность уменьшают, устанавливая балансировочные грузы на “легкой” стороне ротора. Во втором случае имеет место динамическая неуравновешенность (рис. 6.19в). Чтобы понять её сущность, разделим ротор на две части по пунктирной линии, проходящей через центр тяжести с. При наличии динамической неуравновешенности центры тяжести этих частей с₁ и с₂ оказываются смещены с оси вращения, как показано на рисунке. Поэтому она выявляется только при вращающемся роторе и оценивается по амплитуде вибрации опор.

Рис.6.19. Неуравновешенность ротора:

а) статическая неуравновешенность;

б) выявление статической неуравновешенности;

в) динамическая неуравновешенность.

Для выявления и оценки степени динамической неуравновешенности требуется специальное оборудование - балансировочный станок. При скорости вращения ротора до 1500 об/мин достаточно провести его статическую балансировку. При скорости свыше 1500 и до 3000 об/мин рекомендуется производить динамическую балансировку. При скоростях, превышающих 3000 об/мин динамическая балансировка обязательна.

После балансировки ротора производят монтаж подшипников на шейки вала. Внутреннее кольцо подшипника качения должно быть зафиксировано на валу неподвижно. Если в конструкции узла отсутствуют специальные детали (кольца, гайки и т.п.), решающие эту задачу, фиксация подшипника на валу достигается посадкой с натягом. При этом нужно помнить, что величина натяга не должна быть чрезмерной, приводящей к заметному уменьшению радиального зазора подшипников. Особенно это важно для радиальных подшипников. Поэтому сборка подшипника с валом должна производиться способом подбора или подгонки. Окончательную посадку подшипника на вал лучше производить с подогревом подшипника, что позволяет избежать приложения больших усилий. Ориентировочно можно определить температуру, до которой следует нагреть подшипник:

t= (6.2 )

Где n_m - максимальный расчетный натяг в сопряжении; s - планируемый зазор, обеспечивающий посадку без усилия; d - диаметр отверстия во внутреннем кольце подшипника; ₁ - температурный коэффициент расширения материала кольца; t - температура окружающей среды. В реальной практике во избежание изменения свойств материала подшипника температура нагрева не должна превышать 100⁰ с. Подшипник устанавливают до упора в буртик цапфы. Его фиксация произойдет после выравнивания температуры вала и кольца. Общие правила монтажа подшипника качения на цапфу предусматривают приложение усилия только к внутреннему кольцу. Кроме этого, в процессе монтажа следует избегать перекоса осей цапфы и кольца подшипника.

Ввод ротора в статор требует осторожности, чтобы не были повреждены лобовые части статорной обмотки или защитные покрытия на активных поверхностях ротора и статора. Удобнее всего эта задача решается с использованием приспособлений (см. Рис. 6.20а,б). Если позволяет зазор между ротором и статором, полезно проложить лист тонкого электрокартона. Монтаж подшипниковых щитов требует одновременного сопряжения по цилиндрическим поверхностям замков станины и наружных колец подшипников. Конструкция предусматривает возможность начать сопряжение с колец подшипников, а закончить посадкой щита на замок станины (см. Рис. 6.20в). Посадка на замок должна быть выполнена до упора. Только после этого устанавливают и контрят крепёж (болты, шпильки, винты и т.п.). Перед монтажом второго щита следует удалить из зазора подкладку из электрокартона.

После монтажа щитов полезно проверить свободный ход ротора, поворачивая его от руки. Завершается сборка асинхронного короткозамкнутого двигателя регулировкой вылета вала и осевого люфта ротора с постановкой крышек подшипников. Указанные регулировки производятся подбором и постановкой регулировочных шайб. На этом сборка заканчивается, производится проверка плавности хода ротора, а затем - пробный пуск на холостом ходу. Некоторые специфические работы по сборке свойственны конструкциям, содержащим щеточно-контактные узлы. Это - машины постоянного тока, двигатели с фазным ротором или синхронные машины.

Рис.6.20. Сборка электрической машины:

а) ввод легкого ротора; б) ввод тяжелого ротора;

в) монтаж подшипникового щита

Как правило, при ремонте рекомендуется щетки заменить на новые. В связи с этим возникает проблема прилегания щетки к коллектору или контактным кольцам. Торцевая поверхность щетки должна прилегать полностью, даже незначительное неприлегание недопустимо. С этой целью поверхность щетки должна быть обработана строго по радиусу контактирующей поверхности. Грубая притирка щетки производится на барабане, обтянутом стеклянной шкуркой или на наждачном круге. При этом диаметр барабана (круга) должен быть равен диаметру коллектора (контактного кольца). Окончательную притирку щеток производят в машине вращением ротора. При этом продукты износа щеток следует продувать из полости машины. Хорошо притертая щетка должна иметь глянцевую контактную поверхность. Сила нажатия щеток регулируется натяжением пружин щеткодержателей. Её можно измерить с помощью динамометра 3 (см. рис.6.21а). В процессе натяжения пружины динамометра 3 момент отрыва щетки 1 от коллектора 2 фиксируется исчезновением показаний амперметра а. Сила нажатия щетки регулируется изменением натяжения пружины 6 (см. рис. 6.21б) путем перемещения точки её закрепления на курке 5 щеткодержателя 4. Точка закрепления пружины перемещается на курке, как показано стрелкой. Заключительной операцией по сборке щеточного узла коллекторной машины является установка щеток на нейтраль.

В реверсивных электродвигателях щетки должны быть установлены на геометрической нейтрали. Об этом будут свидетельствовать одинаковые значения частоты вращения якоря и якорного тока при холостом ходе, в нереверсивных машинах щетки выставляют в положение физической нейтрали. При этом двигатель включают на холостом ходу и щетки с положения геометрической нейтрали сдвигают против направления вращения вала. Находят положение, при котором ток в цепи якоря минимален (или частота вращения якоря - минимальна).

1 – щетка; 2 – коллектор; 3 – динамометр; 4 – щеткодержатель;

5 – курок: 6 – пружина; е – источник тока; А – амперметр

Рис.6.21. Сборка щеточного аппарата:

а) контроль силы нажатия; б) регулировка силы нажатия

В отрегулированном положении траверса фиксируется средствами, предусмотренными конструкцией машины. Достигается это поворотом всей траверсы щеточного аппарата. После пробного включения и проверки функционирования на холостом ходу отремонтированную машину отправляют на отделку (шпатлевка, покраска) и проведение приемо-сдаточных испытаний.

Программа и методика проведения послеремонтных испытаний электрических машин предусматриваются соответствующими стандартами или техническими условиями. Объем и виды испытаний должны с одной стороны подтверждать пригодность машины к дальнейшей эксплуатации, а с другой - не должны воздействовать на машину разрушающим образом. Испытания проводятся в нормальных климатических условиях. Обычно в программу послеремонтных испытаний входят следующие проверки: измерение активного сопротивления обмоток; измерение сопротивления изоляции относительно корпуса и между изолированными обмотками; проверка электрической прочности изоляции; оценка вибрации и шума при работе на холостом ходу; проверка при повышенной частоте вращения ротора (при этом может использоваться вспомогательный разгонный двигатель). Методика измерения сопротивления обмоток и изоляции, рассмотренные ранее, используются и при послеремонтных испытаниях.

Контроль электрической прочности изоляции производится приложением испытательного напряжения между корпусом и обмотками. Электрическая схема установки показана на рис. 6.22а).

При этом все изолированные между собой обмотки гальванически объединяются. Источником испытательного напряжения может служить высоковольтная установка мощностью не более 0,5 квт, развивающая на выходе напряжение с требуемой амплитудой при частоте 50 гц. Использование установки большей мощности может привести к серьезным повреждениям в месте пробоя изоляции, что повысит затраты на ремонт. Сначала устанавливают напряжение в пределах трети от испытательного и подключают к заданным точкам.

Рис.6.22. Послеремонтные испытания:

а – испытание электрической прочности изоляции;

б – схема включения асинхронного двигателя;

в – схема включения двигателя постоянного тока

с независимым возбуждением

Далее подъем напряжения до требуемого уровня производят с помощью автотрансформатора атр плавно или ступенями, не превышающими 5 % от полного значения. Время подъема напряжения не должно быть менее 10 сек. Главная изоляция собранной машины должна выдерживать без пробоя и перекрытий напряжение (2u_ном+1)кв, но не ниже 1,5кв. Производится выдержка 1 мин., после чего напряжение плавно снижается до одной трети значения и отключается. Изоляция считается доброкачественной, если в течение указанной 1 мин. Не произошло её пробоя или перекрытия.

Для отдельных типов машин в программу испытаний включают специфические проверки. Так, для генераторов производят измерение выходного напряжения на холостом ходу и под нагрузкой (если позволяет оборудование). Для электродвигателей постоянного тока предусматривают проверку тока и частоты вращения якоря на холостом ходу при номинальном напряжении питания. Эта проверка для сериесных двигателей предусматривает питание цепей возбуждения номинальным током от независимого источника. Следует помнить, что на холостом ходу такой двигатель при включении обмотки возбуждения последовательно в цепь якоря может пойти в разнос, что приведет к аварии. Проверку пускового момента двигателя можно произвести при пониженном напряжении питания якоря. За действительный пусковой момент может быть принята величина, увеличенная пропорционально приложенному к якорю напряжению (для асинхронного двигателя - пропорционально квадрату напряжения). При испытаниях асинхронных двигателей проводят два опыта: холостого хода и короткого замыкания. Включение производят по схеме, представленной на рис.6.22б). Измерительные приборы (амперметры, ваттметры, вольтметры) выбирают, ориентируясь на параметры испытуемого двигателя. На основании этих двух опытов может быть построена круговая диаграмма двигателя, а далее - все его рабочие характеристики. Указанные построения выполняются по необходимости. Схема включения двигателя постоянного тока при испытаниях показана на рис. 6.22в). Здесь показан двигатель с независимым возбуждением и предусматривается возможность регулирования тока возбуждения реостатом r_в. С использованием этой схемы машину можно проверить как на холостом ходу, так и при коротком замыкании. В последнем случае напряжение на якорь подается пониженным с расчетом, чтобы ток не превышал номинальной величины. В отдельных обоснованных случаях послеремонтные испытания могут быть дополнены и другими неразрушающими проверками.

2.12. Обслуживание и ремонт трансформаторов

Приемы обслуживания и ремонта рассмотрим на примере типовой конструкции силового трехфазного двухобмоточного трансформатора тм с масляным охлаждением, показанной на рис.6.23.

В процессе эксплуатации трансформатора необходимо осуществлять его оперативное и техническое обслуживание. Кроме этого производится планово-предупредительные ремонты.

Оперативное обслуживание трансформаторов включает в себя: управление режимом работы, проведение очередных и внеочередных осмотров, периодический контроль параметров, выполнение организационно-технических мероприятий по обеспечению безопасного обслуживания и ремонта.

Контроль и управление режимом работы предусматривает проверку нагрузки, напряжения и температуры масла с помощью измерительных приборов. Параллельно ведется автоматический контроль за перегрузкой.

Осмотры проводятся не реже одного раза в неделю на установках с постоянным дежурным персоналом и не реже одного раза в месяц на установках без постоянного дежурства. На трансформаторных пунктах осмотры проводятся один раз в полгода.

Рис.6.23. Трансформатор силовой масляный:

1 – магнитопровод 2 – ярмовая балка 3 – обмотка низшего напряжения (НН) 4 - обмотка высшего напряжения (ВН) 5 – переключатель 6 – ввод ВН 7 – ввод НН

8 – трубчатый бак 9 – выхлопная труба 10 – газовое реле 11 – расширитель 12 – кран для спуска масла 13 – рым-болт 14 – мерное стекло 15 – крышка бака

Если трансформаторы эксплуатируются в условиях повышенной загрязненности, осмотры следует проводить не реже одного раза в сутки.

При осмотрах прежде всего проверяют состояние вводов 6 и 7 (рис. 6.23): целостность фарфора, степень загрязнения, отсутствие трещин и т.п. По маслоуказателю на расширителе 11 проверяют уровень масла в баке, обращается внимание на цвет масла. Контролируется целостность мембраны выхлопной трубы 9, состояние уплотнений, отсутствие течи масла. Также осматривают контактные соединения, прослушивают шум, издаваемый трансформатором при выключенных вентиляторах. Если в шуме прослушиваются трески и щелчки, периодические изменения тона, то это может свидетельствовать о наличии электрических разрядов в баке. Подобные периодические осмотры проводятся без отключения трансформатора.

Внеочередные осмотры проводят при экстремальных атмосферных условиях: ураган, гроза, гололед, липкий снег, резкое изменение температуры воздуха и т.п. Такие осмотры допускают при необходимости отключение трансформатора. Это бывает оправданным также при внеочередном осмотре после короткого замыкания, при появлении сигналов газового реле, а также в случае необходимости тщательного изучения отдельного элемента конструкции, состояние которого вызывает серьезные сомнения.

В техническое обслуживание в основном входит комплекс мероприятий по обеспечению правильной эксплуатации трансформаторного масла. Каждая партия масла, используемая для заливки или доливки, должна иметь сертификат предприятия-поставщика. Кроме этого периодически масло подвергается лабораторным испытаниям. Периодичность таких испытаний должна быть такой, чтобы имелась возможность своевременно выявить недопустимое ухудшение характеристик масла. Рекомендуется отбирать пробы масла на испытания перед первым включением трансформатора на роботу в приработочный период, длительность которого зависит от класса напряжения аппарата. Например, для трансформаторов с напряжением 110 кв и выше последующие пробы масла отбирают через 10 и 30 дней после включения, а для трансформаторов 330 кв – еще и через три месяца. Кромке этого, через 3 суток после включения и далее через 14 суток, один, три и шесть месяцев производится анализ состава газов, растворенных в масле. При дальнейшей эксплуатации испытания масла проводят в соответствии с периодичностью капитальных ремонтов.

Планово-предупредительные ремонты включают текущий и капитальный ремонты, а также связанные с ними испытания. Главные трансформаторы электростанций и подстанций, а также трансформаторы собственных нужд подлежат текущему ремонту ежегодно (без рпн – раз в два года). Первый капитальный ремонт планируется через 12 лет после первого включения, последующие – по необходимости.

Текущий ремонт предназначен для проверки состояния быстроизнашивающихся и относительно несложных в ремонте узлов и деталей и устранения выявленных дефектов. Производится спуск грязи и конденсата из расширителя, доливка масла (по необходимости), проверка и смена сорбента термосифонном фильтре и воздухоочистителях. Аналогичные работы проводятся в маслонаполненных вводах, имеющихся в мощных трансформаторах. Производится очистка наружных поверхностей трансформатора и охладительных устройств бака 8. В ходе текущего ремонта выполняются испытания изоляции и контактных соединений, в том числе сопротивления контактов переключателей ответвлений. Работы проводятся по соответствующей инструкции. Следует иметь в виду, что при необходимости проверки сопротивления изоляции требуется расшиновка трансформатора, то есть отсоединение внешних проводов от вводов 6 и 7.

Любой ремонт трансформатора, связанный с вскрытием бака, является капитальным. Капитальный ремонт трансформатора может производиться без разборки или же с разборкой выемной части. Это зависит от необходимости перешихтовки сердечника 1 или замены катушек 3 и 4. Работы без разборки выемной части могут выполнятся на специальной площадке, оборудованной в непосредственной близости от места постоянной дислокации трансформатора.

Трансформатор, поставленный на площадку разборки, очищают от грязи и тщательно осматривают снаружи с целью выявления внешних неисправностей. Масло из трансформатора частично или полностью сливают. Частично (до уровня верхнего ярма магнитопровода) сливают масло, когда ремонтные работы могут выполняться без подъема активной части трансформатора (например, при замене вводов, ремонте контактов переключателей) или только с подъемом активной части, но в течение времени, не превышающего допустимое время пребывания обмоток трансформатора вне масла. Полностью сливают масло из трансформатора при необходимости сушки его активной части, а также при ремонтах, требующих замены поврежденных обмоток, или если масло непригодно для дальнейшего использования из-за чрезмерного загрязнения и увлажнения.

Разборку начинают с демонтажа газового реле, термометра, расширителя 11, предохранительной трубы 9 и других устройств и деталей, расположенных на крышке 15 трансформатора. Обычно операции разборки предохранительной трубы выполняют два человека: электрослесарь и подсобный рабочий. При этом подсобный рабочий, прочно стоя на крышке, придерживает предохранительную трубу, а электрослесарь отвертывает гайки, крепящие к крышке трансформатора нижний фланец трубы. Отверстие в крышке, где была установлена труба, закрывают фанерой.

Демонтаж расширителя выполняют в такой последовательности: отсоединяют от него патрубок маслопровода с краном, защищают маслоуказатель 14 временным деревянным коробом, прикрепляемым к его арматуре с помощью крепких веревок; прочно стропят расширитель пеньковым канатом или стальным стропом, захватывая его за корпус или строповые кольца, имеющиеся на расширителях мощных трансформаторов; отвертывают болты крепления кронштейнов расширителя к крышке и баку трансформатора; устанавливают наклонно две доски или два бруса и по ним медленно опускают расширитель на пол; закрывают отверстия в крышке и расширителе временными фланцами из листовой резины, фанеры или картона. Удалив реле, предохранительную трубу и расширитель, продолжают разборку, переходя к демонтажу крышки трансформатора.

Демонтаж крышки 15 производят с соблюдением мер предосторожности, исключающих повреждение фарфоровых деталей вводов 6 (вн) и 7 (нн). Порядок демонтажа крышки следующий: отвертывают болты, крепящие крышку к фланцу бака, с помощью двух ключей, одним из которых удерживают болт от проворачивания, а другим - отвертывают гайку, расположенную под выступающими фланцем бака и бортом крышки. Освобожденную от болтов крышку стропят за подъемные рымы 13, навернутые на выступающие из крышки резьбовые концы подъемных шпилек.

При демонтаже радиаторов и других крупных деталей трансформатора наружной установки в качестве подъемного механизма можно применить автокран. В начале подъема рекомендуется убедиться в исправности грузоподъемного механизма, для чего следует поднять активную часть на 50—200 мм над уровнем дна бака и держать ее на весу в течение 3—5 мин, затем продолжить подъем. Когда крышка окажется приподнятой над кромкой бака на 200—250 мм, дальнейший подъем временно прекращают, чтобы убедиться в отсутствии перекоса поднимаемой активной части по отношению к первоначальному положению в баке. При наличии перекоса активную часть опускают на дно бака и поднимают вновь только после устранения причины. После того, как активная часть будет полностью извлечена и поднята над кромкой бака не менее чем на 200 мм, бак удаляют.

Активную часть, поднятую из бака, устанавливают на прочном помосте из оструганных досок или на деревянных брусьях так, чтобы обеспечивались ее устойчивое вертикальное положение и возможность осмотра, проверки и ремонта.

Продолжая разборку, отсоединяют отводы катушек 3 и 4 от вводов 6, 7 и переключателя 5. Проверяют изоляцию вводов, их армировочных проверяют изоляцию контактной системы переключателя. О всех замеченных неисправностях делают записи в дефектировочной карте. Далее отвертывают рымы с вертикальных шпилек, снимают крышку, относят ее в сторону и укладывают так, чтобы выступающие под крышкой части не были повреждены. Вводы защищают от механических повреждений, закрыв их жесткими цилиндрами из картона или обернув чистой мешковиной.

После произведенной разборки выполняют осмотр, ремонт и опрессовку обмотки. Осмотр начинают с обмоток. Проверяют: прессовку обмоток между нижними и верхними ярмовыми балками, плотность прилегания изоляционных прокладок между катушками наружных обмоток, отсутствие или наличие деформации и смещения обмоток по отношению к их нормальному положению, наличие шлама в масляных каналах обмоток, состояние витковой изоляции - целостность, механическую прочность и цвет, исправность паек и контактов в местах соединения отводов.

Значительное усыхание изоляции приводит к ослаблению прессовки и изменению осевых размеров обмоток. Это вызывает ослабление их электродинамической устойчивости при коротких замыканиях. Ослабление прессовки легко обнаружить, если изоляционные прокладки и детали попытаться перемещать рукой: они будут шататься.

Обмотки подпрессовывают способом расклиновки (рис. 6.24).

Этот способ состоит в том, что в верхней части обмоток между слоями уравнительной и ярмовой изоляции забивают дополнительные изоляционные прокладки — клинья 1. Их изготовляют из предварительно высушенного прессованного электрокартона или гетинакса. Расклинивают поочередно один ряд прокладок за другим, равномерно обходя обмотки по всей окружности. Расклиновку производят при помощи вспомогательного деревянного клина 2 (технологического). Забивая его между прокладками одного ряда, ударяя молотком по деревянному бруску 3, ослабляют плотность прокладок соседних рядов, что позволяет забить между ними штатные клинья 1. Затем вспомогательный клин вынимают и расклинивают следующие ряды.

В трансформаторах до iii-го габарита включительно при значительном ослаблении прессовки иногда отпускают затяжку балок 2 (рис. 6.23) верхнего ярма и ослабляют вертикальную стяжку между верхними и нижними ярмовыми балками. Это позволяет проверить разницу осевых размеров обмоток вн и нн и качество прессовки внутренних обмоток.

В таких случаях закладывают в обмотки дополнительную изоляцию в виде разрезных колец и прокладок, тем самым выравнивая их осевые размеры, и прессуют обмотки вертикальной стяжкой ярмовых балок. После окончательной затяжки необходимо измерить мегомметром сопротивление изоляции стяжных шпилек.

При подпрессовке необходимо соблюдать следующие основные правила:

Рис.6.24. Расклиновка обмоток:

1 – технологический клин; 2 – штатный клин;

3 – деревянный брусок

- расклиновка должна быть равномерной и плотной по всем вертикальным рядам и периметру (клинья не должны перемещаться от усилия руки);

- столбы всех изоляционных прокладок должны располагаться строго по вертикали, смещение или искривление столба не допускаются;

- вбиваемые клинья и прокладки должны входить на всю глубину основных прокладок и не иметь по отношению к ним боковых смещений;

- осевые размеры обмоток вн и нн после расклиновки должны быть максимально близки друг к другу.

При ревизии обмоток осматривают витковую изоляцию и, если обнаруживают оголенные места, их изолируют. Для изолировки применяют ленту из маслостойкой лакоткани лхсм, которую пропускают между витками. Оголенную часть провода обертывают изоляционной лентой с перекрытием наполовину. Если изоляция витков достаточно прочна и эластична, то, чтобы удобно было пропускать ленту, крайние витки в месте подизолировки раздвигают клином из электрокартона. В случае оголения изоляции в удаленной части радиального размера катушки между витками закладывают полоску из электрокартона толщиной 0,3—0,5 мм. В месте восстановления изоляции витка поверх всей катушки накладывают общий бандаж из тканой ленты. Описанную операцию необходимо выполнять аккуратно и внимательно, чтобы не повредить изоляцию других витков. Последовательность восстановления поврежденной изоляции витка изображена на рис. 6.25.

При ревизии необходимо проверить и оценить степень старения и механическую прочность изоляции. Изоляцию считают плохой, когда она хрупкая и ломается при изгибе под углом 90°, изоляция витков при царапании ногтем разрушается и без труда снимается с провода, цвет изоляции - темный. Трансформатор с такой изоляцией к работе не пригоден и нуждается в полной замене обмоток.

Ремонт магнитной системы начинают с проверки чистоты вентиляционных каналов и отсутствия на его поверхности мест перегрева. Признаками местных перегревов служат цвета побежалости (изменение нормального цвета стали на желтый, фиолетовый, синий, серый и др.), и наличие продуктов разложения масла в виде черной спекшейся массы: у сухих трансформаторов вентиляционные каналы продувают сжатым воздухом, а у масляных - промывают струёй горячего трансформаторного масла.

Рис. 6.25. Последовательность восстановления

поврежденной изоляции витка:

а – раздвигание витков клином, б – изолировка лакотканью,

в – наложение бандажа из тафтяной ленты

Затем проверяют плотность прессовки активной стали ярм, качество изоляции пластин, сопротивление изоляции стяжных шпилек, состояние изоляции ярмовых балок относительно активной стали, состояние заземляющих перемычек между ярмовой балкой и магнитной системой, отсутствие внешних мелких дефектов.

Плотность прессовки активной стали ярма обычно проверяют лезвием ножа. При хорошей прессовке оно не должно входить между пластинами от усилия руки. Стяжку ярм производят подтягиванием гаек на стяжных шпильках. Для стяжки ярм желательно применять тарированные ключи со стрелочным указателем усилия прессовки, которое не должно приводить к разрешению изоляции шпилек. Далее мегомметром измеряю сопротивление изоляции стяжных шпилек верхнего и нижнего ярм. Один конец мегомметра 3 соединяют с магнитной системой 1, а другой поочередно присоединяют к каждой стяжной шпильке 2, как это показано на рис. 6.26.

Если сопротивление изоляции одной или нескольких шпилек значительно меньше, чем остальных, или равно нулю, торцевым или двусторонним гаечным ключом отвинчивают гайки, извлекают шпильки из ярмовых отверстий вместе с изолирующими бумажно-бакелитовыми трубками и осматривают их. Поврежденные стяжные шпильки и их бумажно-бакелитовые трубки заменяют новыми. Перед установкой стяжных шпилек тщательно осматривают и прочищают отверстия в ярме.

Рис.6.26. Измерение сопротивления изоляции

стяжной шпильки магнитной системы

После комплектования шпилек трубками, электрокартонными и стальными шайбами их вставляют в отверстия ярма, навинчивают гайки и равномерно затягивают их с двух сторон. При этом следят, чтобы шпильки при затягивании гаек 8 (рис.6.27) не вращались в отверстиях и выступали с каждой стороны на одинаковую длину.

Рис.6.27. Изоляция стяжной шпильки ярма

Трубка 2 шпильки 1 не должна в спрессованном состоянии ярма упираться в стальную шайбу 7, но в то же время должна перекрывать стенку ярмовой балки 5. При необходимости трубку укорачивают так, чтобы зазор между ней и шайбой в сжатом состоянии ярма не превышал 1,5—2 мм. Для этого подбирают толщину электрокартонной шайбы 6, изолирующей шайбу 7 и соответственно шпильку 1 от ярмовой балки. Перед окончательной прессовкой ярма со стороны отводов нн от прессующей балки отделяют заземляющую ленту и измеряют мегомметром сопротивление изоляции ярмовых балок относительно пластин 3 магнитной системы. Таким же образом проверяют качество изоляции электрокартонных прокладок 4, установленных между активной сталью и ярмовыми балками. Один провод мегомметра присоединяют к балке, другой — к одному из пакетов ярма. Балки при этом должны быть плотно прижаты к ярмам. Если качество изоляции хорошее, заземляющую полоску ставят на место, затягивают до отказа гайки стяжных шпилек и раскернивают их для предотвращения самоотвинчивания. Окончательно спрессованные ярма проверяют на плотность стяжки. Повторно измеряют сопротивление изоляции шпилек и проверяют целость цепи заземления магнитной системы.

Ремонт переключающих устройств без возбуждения (пбв) можно производить без разборки активной части. Особое внимание обращают на состояние контактной поверхности. Если на ламелях в местах прилегания имеются подгары или оплавления, устройство заменяют. В отдельных случаях в зависимости от характера и степени повреждения его восстанавливают. При длительной работе в масле поверхность контактов покрывается тонким налетом в виде желтоватой пленки. Пленка увеличивает электрическое сопротивление между контактами, в результате чего они перегреваются и со временем выгорают. Для удаления налета контактную часть переключателя тщательно протирают технической салфеткой, смоченной в ацетоне или бензине. Каждый отвод надежно закрепляют подтягиванием гаек. В заключение проверяют работу переключателя, переводя его со ступени на ступень. Переход из одного положения в другое должен сопровождаться пружинящим скачком.

При ремонте переключающих устройств рпн (под нагрузкой) кроме общих работ по очистке, протирке и промывке наружных и внутренних поверхностей деталей и частей устройства производят следующие работы: проверяют контактные поверхности избирателя ступеней, контакторов и электрической части, приводного механизма (контактов контроллера, реле, конечных выключателей и др.). Подгоревшие контакты избирателя, главные контакты контактора и привода тщательно зачищают и проверяют на плотность прилегания; при этом выясняют и устраняют причину подгорания, если керамические контакты выгорают на глубину 7 мм и больше, их заменяют новыми.

При осмотре отводов обращают внимание на изоляцию их соединений между собой и с обмотками. Признаком плохого контакта отводов, работающих в масле, является потемнение изоляции, а также отложение на их поверхности черной спекшейся массы. Обнаруженные дефектные соединения перепаивают и изолируют, накладывая в полуперекрышку до требуемой толщины бумажную ленту или ленту из лакоткани, а затем закрепляют ее одним слоем тафтяной ленты.

Способ изолирования в полуперекрышку (рис. 6.28) заключается в том, что провод 2 обертывают всей шириной ленты 1 таким образом, чтобы каждый последующий слой прижимал и перекрывал предыдущий на половину ширины ленты. Начало ленты закрепляют, наложив на него второй слой, а конец заводят под предварительно ослабленный последний слой, затягивают и обрезают.

Ремонт вводов также не требует разборки активной части. При ремонте вводы демонтируют с крышки, тщательно осматривают и проверяют состояние фарфоровых изоляторов, уплотняющих прокладок, исправность резьбы на токопроводящем стержне и гайках.

Рис.6.28. Изолирование вполуперекрышку:

а - наложение изоляционной ленты; б - заделка конца ленты

Поврежденные фарфоровые изоляторы заменяют новыми, токопроводящие части и крепеж при обнаружении дефектов восстанавливают. После чистки и промывки ввод собирают, резиновые уплотнения, как правило, заменяют новыми.

В настоящее время в эксплуатации еще находится большое количество трансформаторов с вводами армированной конструкции. Их часто приходится ремонтировать, так как замена их съемными вводами связана с реконструкцией крышки и изготовлением ряда деталей крепления. Если при осмотре ввода обнаруживают течь масла через армировочную замазку, его заменяют либо переармировывают. Чтобы удалить старую замазку и снять фланец в случае переармировки, ввод помещают в термошкаф и нагревают до 400—500° с. Через 1—2 ч армировочная замазка высыпается и фланец свободно отделяется от изолятора.

Сборку ввода для армировки выполняют в определенной последовательности (рис. 6.29). Колпачок 1 ввода с ввернутым и впаянным в него стержнем 6 устанавливают в вертикальное положение. В колпачок укладывают резиновую кольцевую прокладку 2 и надевают на стержень фарфоровый изолятор 3.

Рис.6.29. Сборка ввода армированной конструкции

На изолятор устанавливают резиновую прокладку 4 и фланец 5. Прокладка 4 предназначена для предохранения замазки от разрушения при эксплуатации и предотвращения просачивания жидкой замазки при заливке. Затем на конец стержня надевают гетинаксовую 7 и стальную 8 шайбы, навертывают и затягивают гайку 9. При этом следят, чтобы стержень находился в центре отверстия изолятора. Фарфоровый изолятор и фланец ввода плотно сжимают скобами. При затяжке проверяют, чтобы зазоры 10 между фланцем и изолятором и колпачком 1 и изолятором были одинаковыми по всей окружности. Затем в керамической или металлической посуде приготовляют замазку, которой заполняют эти зазоры. Армированный ввод размещают на опорной плите приспособления в строго вертикальном положении и, наложив сверху нажимную плиту, зажимают её гайками. Далее приготовляют порцию (для заливки одного ввода) цементирующего состава (140 мас. Ч. Магнезита, 70 мас. Ч. Фарфорового порошка и 170 мас. Ч. Раствора хлористого магния) и вливают его тонкой непрерывной струёй, пока он полностью не заполнит пространство между изолятором и фланцем. Приготовленный состав должен быть использован в течении 15-20 мин. После затвердения замазки (примерно через 12-15 ч) ввод освобождают от приспособления, очищают от брызг магнезита и окрашивают армировочный шов нитроэмалью. Вводы армируют в помещении при температуре не ниже 10с. Затем ввод проверяют на герметичность и после электрического испытания в лаборатории устанавливают на трансформатор.

После ремонта крышки, укомплектования ее вводами и другой арматурой и присоединения всех отводов активную часть тщательно обтирают (за исключением обмоток, которые только промывают маслом) и окончательно осматривают. Проверяют, не остались ли на активной части инструменты, применяемые при ремонте. Особенно тщательно проверяются охладительные каналы, доступные для осмотра. Затем измеряют мегомметром сопротивление изоляции обмоток и стяжных шпилек. На этом ремонт активной части и крышки заканчивают и переходят к её предварительным испытаниям.

Если при испытании выясняют, что дефектов нет и изоляция не увлажнена, активную часть готовят для установки в бак: производят строповку, поднимают активную часть на 100—200 мм и проверяют правильность строповки и работу подъемного механизма (особенно - его тормоза).

Перед опусканием активной части в бак опорные планки тщательно вытирают чистым обтирочным материалом, проверяют надежность их крепления к ярмовым балкам и, при необходимости, вторично подтягивают и кернят гайки. Далее осторожно, без толчков и качения, поднимают активную часть и устанавливают ее над баком и медленно опускают так, чтобы поперечные опорные планки не задевали за стенки бака. Активную часть трансформаторов мощностью до 250 ква после установки в бак крепят угольниками и скобами, приваренными к стенке бака и ярмовым балкам; мощностью .400— 1600 ква и несколько большей—скобами и крюками, сопряженными с ярмовыми балками и стенками бака; 2500 ква и более—стопорными винтами, которые концами ввинчены в стаканы, приваренные к стенкам бака.

Активную часть, связанную с крышкой подъемными шпильками, опускают до тех пор, пока крышка не подойдет на 50—100 мм к раме бака, затем в отверстия для болтов вставляют несколько стальных круглых оправок. Далее, направляя оправками, опускают активную часть до посадки ее на дно бака и полного прилегания крышки к уплотняющей прокладке. При этом следят, чтобы уплотняющая прокладка не сдвинулась с места. Затем в отверстия крышки вставляют болты, навинчивают гайки и, обходя несколько раз крышку по всему периметру, равномерно завинчивают гайки до отказа.

После установки активной части в бак и закручивания болтов крышки, трансформатор с помощью центрифуги или фильтр-пресса заполняют сухим чистым маслом несколько выше уровня верхнего ярма. Температура заливаемого масла должна быть не ниже 10°с. Чтобы воздух мог выйти из бака при заполнении его маслом, одно из отверстий в крышке держат открытым, но защищают от случайного попадания в него посторонних предметов. Для трансформаторов без расширителя масло заливают до уровня, отмеченного соответствующей чертой на баке..

После установки активной части и крышки устанавливают и крепят расширитель, газовое реле, предохранительную трубу и другие устройства (рис. 6.30). На крышке трансформатора крепят кронштейны 1 и устанавливают на них расширитель 8. К фланцу патрубка 3 расширителя на новой резиновой прокладке крепят кран 4, к крышке - патрубок 9, соединяющий бак с газовым реле 2. Все уплотняющие прокладки под устройствами заменяют новыми. Газовое реле устанавливают после предварительной проверки в лаборатории его поплавковой системы, электрических цепей и герметичности.

Реле устанавливают так, чтобы смотровое окно располагалось на стороне, удобной для наблюдения при эксплуатации, а стрелка на крышке реле указывала направление от бака к расширителю. При креплении корпуса реле болтами следят, чтобы фланцы реле, патрубка и плоскость крана были параллельны, а уплотняющие прокладки имели равномерную усадку. Для удобства установки реле кронштейны расширителя окончательно не крепят к крышке 10 бака, чтобы при необходимости расширитель можно было сместить.

Рис.6.30. Установка на трансформаторе расширителя,

газового реле и предохранительной трубы:

1 – кронштейн 2 – газовое реле 3 – фланец патрубка расширителя 4 – кран 5 – верхний фланец

6 – трубка 7 – предохранительная труба 8 – раширитель 9 – патрубок 10 – крышка бака

После закрепления реле его верхний фланец 5 должен иметь горизонтальное положение, выверенное уровнем. Затем окончательно затягивают болтовые крепления корпуса реле и расширителя и устанавливают по месту на уплотняющих прокладках предохранительную трубу 7 и трубку 6.Проверяют работу крана маслопровода, сообщающего расширитель с баком. Приборы для измерения температуры обычно устанавливают после предварительной проверки их и транспортировки трансформатора на место установки.

После полной сборки трансформатор доливают маслом и испытывают на герметичность. Масло доливают из той же партии, из которой заполняли бак. При этом для сообщения бака с наружным воздухом и заполнения устройств маслом открывают кран, установленный между газовым реле и расширителем, вывертывают верхнюю пробку расширителя, все воздушные винты и пробки на вводах, радиаторах, термосифонных фильтрах и других устройствах, где они предусмотрены для этих целей.

Когда масло начинает просачиваться, пробки и винты ввертывают и уплотняют. Пряди асбеста наматывают по ходу резьбы и пропитывают лаком за 15—20 мин до употребления, чтобы лак несколько подсох и полностью не выжимался при ввинчивании пробок и винтов. В случае просачивания масла через отдельные неплотности течь устраняют подтягиванием соответствующих болтов. Затем продолжают заливку масла до нормального уровня в расширителе, за которым наблюдают по маслоуказателю.

После заполнения трансформатора маслом и выпуска из него и его устройств воздуха проверяют герметичность трансформатора. Испытание на герметичность заключается в проверке на отсутствие свищей в уплотнениях, арматуре и местах сварки избыточным давлением масляного столба. Для этого на крышке 2 трансформатора (или в заливном отверстии расширителя) устанавливают трубу диаметром 30—40 мм. На нижнем конце трубы должен быть фланец, если ее устанавливают на одном из отверстий крышки, или резьба, если ее устанавливают на расширителе, а на верхнем—должна быть воронка 1 (рис. 6.31).

Рис.6.31. Испытание трансформатора на герметичность

Трубу заполняют трансформаторным маслом и поддерживают давление в течение 3 ч. Если в местах уплотнений и в сварных швах масло не просачивается, трансформатор герметичен. При испытании трубчатых и гладких баков высоту масляного столба берут 1,5 м от уровня крышки или 0,6 м от верхней точки расширителя. При испытании волнистых баков или радиаторов высоту масляного столба уменьшают соответственно до 0,9 и 0,3 м. После проверки герметичности масло спускают через нижний кран до нормального уровня, одновременно проверяя правильность работы маслоуказателя. Затем через 8—10 ч после полного выделения из него воздуха и доливки трансформатора маслом берут пробу масла для сокращенного химического анализа и испытания на электрическую прочность. После полной сборки и испытания на герметичность наружную поверхность трансформатора красят серой эмалью пф-133. Для этого поверхность тщательно очищают, а вводы и приборы обертывают бумагой, чтобы предохранить их от краски. Затем трансформатор подвергают электрическим испытаниям.

3. Заключительная часть

3.1. Заключение

В результате проведения занятия обучаемые получили представление об основных правилах ухода за электрической машиной при её эксплуатации, видах и способах выполнения регламентных работ, характерных неисправностях и способах выявления угрозы отказа машины, условиях принятия решения на проведение текущего или капитального ремонта, основных приемах дефектации, разборки и ремонта активных и механических частей, сборки и послеремонтных испытаний