Неисправности электромоторов часто приводят к значительным экономическим потерям из-за простоя оборудования, работающего на электроприводах. В этой статье мы подробно рассмотрим типичные проблемы, с которыми могут столкнуться владельцы и операторы электродвигателей, и предложим эффективные решения для их устранения.
Неисправности электромоторов вызывают экономические потери от простоя механизмов, приводимых в движение электроприводами. Проблемы электродвигателей, приводящие к поломкам в независимости от конструкции, принципа работы и назначения, можно разделить на электрические и механические. Каждую из категорий – на ресурсные, эксплуатационные, и аварийные.
Электрические проблемы электродвигателей
Обусловлены появлением электрического контакта, где он не предусмотрен, или пропаданием, где нужен.
- Обрыв провода внутри обмотки характеризуется резким падением мощности. Выявляется прозвонкой или омметром.
- Замыкание обмотки на корпус, особенно при обрыве заземления, может никак не сказываться на работе электромотора, однако представляет опасность поражения электротоком для людей.
- Межвитковое замыкание вследствие искрового пробоя или осыпания изолирующего лака от трения, вибрации, посторонних частиц. Диагностируется измерением и сравнением температуры, потребляемого тока и сопротивления катушек.
- Закорачивание между собой обмоток, сместившихся в результате нарушения их крепления. Как правило, сопровождается шумом, искрением, резким снижением мощности.
Неправильное подключение обмоток приводит к потере КПД асинхронного электродвигателя, перегреву, и выходу из строя при попытке компенсировать просадку оборотов подводимой мощностью.
Механические проблемы электродвигателей
Связаны с производственными дефектами, неправильным монтажом, превышением допустимой нагрузки, ослаблением/разрушением крепления, отсутствием обслуживания.
- Проворот ротора относительно вала вследствие нарушения посадки из-за производственного дефекта или вибрации.
- Деформация шпоночного паза, срезание шпонки приводного вала ротора вследствие ослабления затяжки конуса либо ошибки в размерах стопора.
- Разрушение или зависание щёток и износ ламелей коллектора щёточных электродвигателей постоянного тока.
- Открутившиеся или отклеившиеся постоянные магниты могут попасть между ротором и статором, повредив провод и сердечник.
- Проворачивание или разрушение лопаток крыльчатки охлаждения ведёт к перегреву, а при попадании внутрь электромотора – к заклиниванию.
- Срыв диска энкодера приводит к поломке шагового электродвигателя или прерыванию обратной связи контроля оборотов асинхроника с частотным управлением (АДЧР).
- Разрушение подшипников. В результате – увеличение вибрации и задевание ротора за статор.
На последнем типе поломок стоит сделать акцент, т. к. износ подшипников электродвигателей, особенно с частотным регулированием ШИМ, вызван не только механическими причинами, но и электроискровой эрозией из-за подшипниковых токов двигателя. То есть эта причина лежит в смежной плоскости – с электрической причиной и механическим следствием.
Почему разрушаются подшипники синхронных и асинхронных электродвигателей
К преждевременному разрушению подшипников приводят несколько факторов.
- Нарушение технологии монтажа – забивание молотком, запрессовка через свободную обойму с передачей усилия через тела качения, нарушение соосности при жестком соединении валов;
- Низкое качество или брак подшипниковой продукции;
- Несвоевременное обслуживание (вовремя чистить и менять смазку, следить за герметичностью сальников;
- Превышение нагрузки, номинальных оборотов, перегрев, вибрация;
- Электроэрозионное разрушение дорожек подшипников качения, материала вкладышей подшипников скольжения (например, баббита в турбинах) кольцевыми подшипниковыми токами.
Процесс электроэрозии инициирует намагниченность, несимметрия магнитного поля и паразитные контурные токи в подшипниках от высокой скорости нарастания фронта напряжения в тиристорах частотных преобразователей.
Причем эффект выражен тем сильнее, чем выше мощность электромотора – наиболее подвержены электроэрозионному износу подшипники роторов приводных турбин, станков, конвейеров с ЧРП, компрессоров, вентиляционного оборудования, индустриального и пассажирского электротранспорта, судовых электроприводов. Это приводит к экономическим потерям от простаивания оборудования и транспорта.
Для снижения эффекта электроискровой эрозии применяют специальные электроизолированные подшипники (которые после 2022 года сильно подорожали, а сроки поставки нестабильны). Чтобы полностью избавиться от искрения в зоне «обойма – тело качения – обойма», применяют заземляющие кольца для электродвигателей и устройства заземления. Которые исключают паразитные токи в подшипниках электродвигателя путем создания надёжного контакта заземления ротора и вала с корпусом, а также защищают контактные токосъемные кольца.
Тем самым решается вопрос замены дорогих керамических/гибридных подшипников на обычные без сокращения срока их службы, при этом искрение с последующим разрушением дорожек и шариков/роликов/иголок полностью исключается.
Методы предотвращения неисправностей электродвигателей и продления ресурса
Для обеспечения расчетного срока работы промышленных электромоторов предусмотрен комплекс мероприятий и вспомогательного оборудования.
- Монтаж в соответствии с технологической картой с приложением усилия в предусмотренных конструкцией местах. Соблюдение соосности.
- Регулярное обслуживание – чистка, смазка, проверка затяжки элементов электрической и механической части.
- Своевременная диагностика неразрушающими методами (термоконтроль, измерение шума и вибрации).
- Использование защитных устройств (автоматы защиты, термореле) и современных частотных преобразователей с контролем обрыва фаз, превышения напряжения, тока и крутящего момента.
- Применение подходящих по характеристикам подшипников не ниже требуемого класса точности.
- Установка заземляющих колец для электродвигателей и устройств заземления ротора как при переходе на обычные подшипники вместо электроизолированных, так и для продления их срока службы.
Российская компания ЮВТЕК, эксперт в области систем защиты от электроискрового износа валов и подшипников электромоторов и электроприводов, производит к роторам любых диаметров защитные заземляющие кольца для электродвигателей и системы, которые доказали свою эффективность на объектах транспорта и промышленных предприятиях, в т. ч. угледобывающей, нефтегазовой и нефтеперерабатывающей отраслей.
После применения разработок JUVTEK устраняются подшипниковые токи в двигателе, увеличивается ресурс подшипников электродвигателей, в результате снижаются простои техники по причине обслуживания и ремонта электромоторов.
