Техническое обслуживание двигателей постоянного тока

Добавляя резисторы в якорную  цепь мы можем увеличить наклон, т.е. чем больше грузим тем больше падает скорость. 
 
Метод плох тем, что резисторы в цепи якоря должны быть расчитаны на ток двигателя, т.е. быть мощными и будут греться зря. Ну и момент резко падает, что плохо. 
 

Есть еще двигатели не независимого, а последовательного возбуждения. Это когда обмотка статора  включена последовательно якорю. Не каждый двигатель так можно включить, обмотка возбуждения должна выдерживать  ток якоря. Но у них возникает  одно интересное свойство. При пуске  возникает большой пусковой ток  и этот пусковой ток является же током возбуждения, обеспечивая  огромный пусковой момент. Механическая характеристика напоминает гиперболу  с максимумом в районе нулевых  оборотов. 
 

А дальше, по мере разгона, момент падает, а обороты наоборот растут. И если нагрузку убрать с вала, то движок сразу  же уходит в разнос. Такие движки ставят на тягловый привод в основном. По крайней мере ставили раньше, до развития силовой электроники. С  места эта хрень рвет так, что все стритсракеры нервно закуривают.  
 

Режимы работы двигателя постоянного тока 
Направление вращения движка зависит от направления тока якоря или направления потока возбуждения. Так что если взять коллекторный двигатель и подключить обмотку возбуждения параллельно якорю, то он будет прекрасно вращаться и на переменном токе (универсальные двигатели, их в кухонную технику часто ставят). Т.к. ток будет одновременно меняться и в якоре и в возбуждении. Момент правда будет пульсирующим, но это мелочи. А для реверса там надо будет поменять полярность включения якоря или возбуждения.  
 

Если нарисовать механическую характеристику в четырех квадрантах, то у нас будет нечто похожее  на это: 
 

 
 

Вот, например, характеристика 1 на I участке у нас машина работает как двигатель. Нагрузка растет и  в определенный момент двигатель  останавливается и начинает вращаться  в обратную сторону, т.е. нагрузка обращает его вспять. Это тормозной режим, противовключение. Режим очень тяжелый, двигло греется просто зверски, но для торможения очень эффективный. Если же момент на валу сменит направление и пойдет вращать навстречу движку, то мотор сразу же выйдет на генерацию (IV участок).  
 

Характеристика 2 это то же самое, только с обратной полярностью  питающего напряжения двигателя. 
 

А характеристика 3 это динамическое торможение. Оно же реостатное. Т.е. когда мы берем и просто коротим наш двигатель на резистор или сам на себя. Можете сами проверить, возьмите любой моторчик и покрутите его, а потом закоротите ему якорь и покрутите снова. На валу будет ощутимое усилие, тем больше, чем качественнее движок. 
 

Кстати, драйвера двигателей вроде L293 или L297 имеют возможность  включить реостатное торможение, подачей  обоих ключей вверх или вниз. При  этом якорь коротится через драйвер на шину земли или питания.  
 

Бес коллекторные двигатели постоянного тока 
Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка говна во всей этой вкусняшке — коллектор.  
 

Это сложный, дорогой и  очень ненадежный узел. Он искрит, создает  помехи, забивается проводящей пылью  от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо. 
 

Но что такое коллектор  вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.  
 

А на дворе то уже 21 век  и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем  нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем  и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения  ротора, чтобы знать в какой  момент переключать обмотки. 
 

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо  проще вращать магнит или простенькую  обмотку возбуждения, чем якорь  со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.  
 

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями. Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они очень схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления. Но это уже совсем другая история.

 

Достоинства и  недостатки двигателей постоянного  тока

достоинства:   

-простота устройства и управления;

практически линейные

-механическая и регулировочная характеристики двигателя;

-легко регулировать частоту вращения;

-хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент);

-компактнее других двигателей (если использовать сильные постоянные магниты в статоре);

-так как ДПТ являются обратимыми машинами, появляется возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.

Недостатки :

-дороговизна изготовления;

-необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов;

-ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

(Последние два недостатка  на современном этапе развития  ДПТ почти не ощутимы).

 

Техническое обслуживание

Эксплуатация электрических  машин включает содержание их в исправном  состоянии, устранение мелких неисправностей и ремонт. Основой правильной эксплуатации электрических машин являются эксплуатационные документы. Они поставляются заводом-изготовителем  вместе с машиной. В число эксплуатационных документов входят: техническое описание; инструкция по эксплуатации; инструкция по техническому обслуживанию; инструкция по монтажу, пуску, регулированию и  обкатке машин; формуляр, который  составляется для машины, технические  данные которой гарантируются заводом; ведомость запасных частей, инструментов и устройств, в которой указываются  комплекты запасных частей, инструментов, приспособлений и материалов; ведомость  эксплуатационных документов. В результате практики эксплуатации оборудования на предприятиях разных отраслей промышленности сложилась так называемая система  планово предупредительного ремонта, под которой понимают плановый комплекс работ по поддержанию электрических  машин и другого электрооборудования  в рабочем состоянии. В зависимости  от особенностей, степени повреждений  и износа электрических машин, а  также трудоемкости ремонтных работ  различают следующие виды ремонта: текущий, средний и капитальный. Текущий ремонт является минимальным  по объему видом ремонта, при котором  обеспечивается нормальная эксплуатация машины до следующего планового ремонта. Во время текущего ремонта устраняются  неисправности путем замены или  обновления отдельных быстро изнашиваемых деталей, а также выполняются  регулировочные работы. Этот ремонт производится эксплуатационным персоналом или ремонтными службами на месте установки машин. Средний ремонт заключается в  восстановлении эксплуатационных характеристик  электрической машины путем ремонта  или замены только изношенных или  поврежденных деталей. Кроме того, обязательно  проверяют техническое состояние  остальных частей и ликвидируют  обнаруженные неисправности. Может  проводиться капитальный ремонт отдельных основных узлов. Средний  ремонт выполняется подвижными или  стационарными ремонтными службами. Капитальный ремонт включает полную разборку и дефекта-цию электрической машины, замену или ремонт всех составных частей, проверку их состояния, сборку машины, регулировку и испытание. Выполняется стационарными ремонтными предприятиями. Типовой объем работ по техническому обслуживанию включает: ежедневный надзор за выполнением правил эксплуатации в соответствии с инструкцией завода-поставщика (контроль нагрузки, температуры отдельных узлов электрической машины, температуры охлаждающей среды при замкнутой системе охлаждения, наличия смазочного материала в подшипниках, отсутствие посторонних шумов и вибраций контактных колец и др.), ежедневную проверку исправности заземления, контроль за выполнением работающими на электрооборудовании правил техники безопасности, отключение электрических машин в аварийных ситуациях; мелкий ремонт, который выполняется во время перерывов в работе основного технологического оборудования и не требует специальной остановки электрических машин (подтяжка контактов и креплений, замена щеток, регулирование траверс, под регулирование пуско-регулировочной аппаратуры и системы защиты, чистка доступных частей машины и т. д.), участие в приемо-сдаточных испытаниях после монтажа и наладки электрических машин и систем их защиты и управления; плановые осмотры машин по утвержденному главным энергетиком графику с заполнением карты осмотра. Типовой объем работ при текущем ремонте содержит: выполнение операций по техническому обслуживанию, отключение машины от питающей сети и от приводного механизма, очистку внешних поверхностей от загрязнения; разборку электрической машины в необходимом для ремонта объеме; проверку подшипников, их промывку, замену подшипников качения, если зазоры в них превышают допустимые, проверку, очистку и ремонт крепления вентилятора; проверку и ремонт системы принудительной вентиляции, осмотр, очистку и продувание сжатым воздухом обмоток, коллектора, вентиляционных каналов, проверку состояния и надежности крепления лобовых частей обмоток, ликвидацию выявленных дефектов, устранение местных повреждений изоляций обмоток, сушку обмоток, покрытие их лобовых частей лаком; проверку и подтяжку крепежных соединений и контактов с заменой дефектных крепежных деталей, проверку и регулировку щеткодержателей, траверс, короткозамыкающих приспособлений, механизмов подъема щеток; зачистку и шлифовку контактных колец, продороживание коллектора; проверку состояния и правильности обозначений выводных концов обмоток и клеммных колодок с необходимым ремонтом; замену фланцевых прокладок и уплотнений; проверку герметичности взрывобезопасных машин; сборку машины и проверку защитного заземления; присоединение машины к сети и проверку ее работы на холостом ходу и под нагрузкой; ликвидацию повреждений окраски; приемо-сдаточные испытания и сдачу машины в эксплуатацию.

Типовой объем работ при капитальном  ремонте включает: операции текущего ремонта; проверку осевого разбега  ротора и радиальных зазоров подшипников  скольжения с последующей перезаливкой вкладышей; замену подшипников качения; полную разборку машины с чисткой и промывкой всех механических деталей; замену дефектных обмоток (включая ремонт короткозамкнутых обмоток), очистку и продувку сохраняемых обмоток; пропитывание лаком и сушку обмоток, покрытие их лобовых частей покровными лаками и эмалями; ремонт коллекторов, контактных колец и щеточных узлов (вплоть до их замены новыми); ремонт магнитопроводов; ремонт подшипниковых щитов, корпуса; ремонт вала; ремонт или замену вентилятора; замену неисправных пазовых клиньев, изоляционных деталей; маркировку выводных концов; сборку и окраску машины; приемо-сдаточные испытания; сдачу машины в эксплуатацию.

Технические характеристики

 
Основной серией машин  постоянного тока общего назначения, изготавливаемых в СНГ, является серия 2П. Она охватывает диапазон мощностей  от 0,37 до 200 кВт при высоте осей вращения 90 - 315 мм. Электродвигатели этой серии  предназначены для широко регулируемых электроприводов. Они заменяют машины серии П, а также специализированные машины серий ПС (Т), ПБС (Т), ПР. Приведем структуру условного обозначения машины постоянного тока серии 2П:  
2П/1 Х/2 Х/3 Х/4 Х/5 Х/6,  
где 1 — название серии (2П); 2 — исполнение по способу защиты и вентиляции: Ф — защищенное исполнение с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора, Б — закрытое исполнение с естественным охлаждением, О — закрытое исполнение с внешним обдувом от вентилятора; 3 — высота осей вращения, мм; 4 — условное обозначение длины сердечника якоря: М — средняя, L — большая; 5 — буква F при наличии встроенного тахогенератора (при отсутствии тахогенератора буква Г не ставится); 6 — климатическое исполнение и категория размещения. Электродвигатели серии 2П изготавливаются с полным числом добавочных полюсов. При этом двигатели с высотой оси вращения 90 и 100 мм — двухполюсные, 112 мм — четырех полюсные. Двигатели типов 2ПН, 2ПФ обладают степенью защиты IP22, а типов 2ПБ и 2ПО — IP44. Двигатели со степенью защиты IP22 имеют центробежный реверсивный вентилятор, насаженный на вал якоря со стороны, противоположной коллектору. Двигатели со степенью защиты IP44 имеют внешний центробежный вентилятор, который насажен на конец вала, противоположный приводу, и закрыт штампованным или сваренным кожухом из листовой стали толщиной 1-2 мм. Внутри таких двигателей со стороны, противоположной коллектору, размещается вентилятор-мешалка. Для привода вентилятора в двигателях типа 2ПФ и 2ПО используется асинхронный двигатель типа 4АА56А4УЗ с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. В двигателях с высотой оси вращения 90 - 200 мм станина изготовлена из отрезков цельнотянутых труб, а с высотой оси вращения 225 -315 мм станины сварные, из толстолистового проката. Соединение двигателей серии 2П с приводом осуществляется эластичной, зубчатой или клиноременной передачей. Рабочий конец вала — со стороны, противоположной коллектору.  
Двигатели изготавливаются с независимым возбуждением. Напряжение возбуждения 110 или 220 В независимо от номинального напряжения якоря. Режим работы машины серии 2П продолжительный (S1), средний срок службы 12 лет, средний ресурс 30000 ч. Двигатели типа 2П...Г изготавливаются с тахогенератором типа ТС1, который имеет закрытое встроенное исполнение. Возбуждение тахогенератора от постоянных магнитов. Номинальное напряжение якорной цепи машины серии 2П составляет 110, 220, 240 и 660В.  
Машины новой серии 4П по сравнению с серией 2П характеризуются улучшенными массогабаритными показателями. Все машины этой серии имеют распределенную компенсационную обмотку, а магнитопроводы (сердечники) статора и якоря шихтованные. В ряде машин серии 4П (например, типов 4ПО, 4ПБ) статоры изготовлены по типу статоров асинхронных двигателей и не имеют явных полюсов. Обмотка возбуждения укладывается в 2 паза в пределах полюсной дуги, компенсационная обмотка размещается равномерно во всех оставшихся пазах расточки статора. Двигатели типов 4ПО, 4ПБ имеют степень защиты IP44. Они рассчитаны на длительный режим работы (S1), но допускают эксплуатацию в режимах S3 - S8, изготавливаются с параллельным или независимым возбуждением 220В. Широко регулируемые электродвигатели типа 4ПФ обладают степенью защиты IP23. Они поставляются со встроенным тахогенератором типа ТП80-20-0,23 и датчиком тепловой защиты. Возбуждение независимое от напряжения 110 и 220В. Двигатели типа 4ПФ имеют статор восьмигранного сечения, который набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Он запрессован между двумя нажимными плитами толщиной 10 мм из стального проката. В осевом направлении пакет статора стянут шпильками и приварен по углам по накладным планкам, которые обеспечивают поперечную жесткость. В нажимных плитах сделаны резьбовые отверстия для болтов крепления подшипниковых щитов. Обмотки статора наматываются машинным способом. Для вентиляции в статоре предусмотрены аксиальные каналы. Подшипниковые щиты — чугунные, литые. Лапы изготавливаются на подшипниковых щитах. Щеткодержатели — радиальные унифицированной конструкции. Электродвигатели выполняются с подшипниками качения класса точности 6.  
Для механизмов, эксплуатирующихся в тяжелых условиях (металлорежущие станки, металлургическое производство), изготавливаются крупные электродвигатели серии 4П с высотой оси вращения 350 и 450 мм. В условном обозначении этих двигателей после серии (4П) последовательно указываются высота оси вращения, количество щеток на коллекторе, мощность при основном напряжении, климатическое исполнение (У или Т), категория размещения. Двигатели могут изготавливаться на напряжение 440, 660, 750, 930 В. Возбуждение — независимое (напряжение 220 В). Основной режим работы продолжительный (S1), но допускается работа в режимах S3 - S8. Двигатели выполняются с тахогенератором постоянного тока и реле скорости. Вентиляция принудительная от отдельного вентилятора. Степень защиты IP44. Электродвигатели постоянного тока серии ПГ (ПГТ) изготавливаются с гладким якорем и предназначены для работы в быстродействующих электроприводах слежения и широко регулируемых электроприводах металлорежущих станков и других рабочих машин при питании от источников постоянного тока и полупроводниковых преобразователей. Электродвигатель может быть с тахогенератором типа TC-IM (серия ПГТ). Режим работы продолжительный (S1).  В условном обозначении последовательно указываются: серия (ПГ), буква Т — при наличии встроенного тахогенератора, мощность, М — модернизированный, климатическое исполнение, категория размещения. Двигатели изготавливаются в защищенном исполнении, воздух продувается с помощью вентилятора-наездника, который приводится в движение асинхронным двигателем. Двигатели серии ЭП предназначены для работы в широко регулируемых электроприводах металлорежущих станков высокой точности и специальных установок. В условном обозначении после букв ЭП указывается: в числителе — номинальное напряжение, а в знаменателе — мощность (условно). Номинальный режим работы S1. Для прокатных станов, шагающих экскаваторов, шахтных подъемников, гребных установок и испытательных стендов предназначены машины постоянного тока большой мощности серий П2 и МП. Их мощность составляет 3150 - 12 500 кВт при частоте вращения 36 -800 об/мин, напряжение — 440, 750, 930 В. Для питания мощных двигателей постоянного тока главных приводов прокатных станов используют генераторы постоянного тока серии ГП. Существуют серии машин постоянного тока специального назначения: крановые, металлургические, тяговые, микромашины систем автоматики. Двигатели серии Д предназначены для специализированных кранов, вспомогательных металлургических механизмов с повторно-кратковременным режимом работы, большим числом включений, широким диапазоном регулирования скорости. При регулировании двигателей допускается увеличение напряжения до 440 В относительно номинального 220 В. Средняя скорость тихоходного исполнения 700; быстроходного — 1200 об/мин. Для тихоходных двигателей допустимое число включений в час составляет 2000, для быстроходных — 300. Класс нагрева стойкости изоляции обмоток и коллектора Н (превышение температуры 120 °С). Основное конструктивное исполнение двигателей закрытое со степенью защиты IP21. Двигатели серии Д810 - Д818 имеют разъемную станину. Оба конца вала двигателя одинаковые и могут передавать момент через шестерню, изготавливаются на мощность 2,5 - 185 кВт. Для тепловозов выпускаются генераторы постоянного тока серии ГП на мощность 700 - 2000 кВт, напряжение 310 - 810 В, частоту вращения 900 - 4220 об/мин и предназначены для питания тяговых электродвигателей. Станина генератора цилиндрическая с опорными лапами по бокам. Главные полюса шихтованные, на них расположены обмотки независимого и последовательного (для пуска дизеля) возбуждения. Добавочные полюса выполнены сплошными из толстолистовой стали. В качестве тяговых электродвигателей тепловозов применяют машины постоянного тока последовательного возбуждения серии ЭД, которые изготавливаются на мощность 230 - 411кВт, напряжение 381 -700 В и частоту вращения 585 - 3050 об/мин. Двигатели имеют независимую вентиляцию и защищенное исполнение. Для электровозов выпускаются тяговые электродвигатели серий ТЛ (670кВт, 1500 В), НБ (575 - 790кВт, 950 - 1100В), ДТ (465 кВт, 1500 В). На городском электрифицированном транспорте применяют тяговые электродвигатели постоянного тока серии ДК. Они изготавливаются со степенью защиты IP20, с самовентиляцией, воздух подается со стороны коллектора. Серия ДК характеризуется мощностью 45 - 185 кВт, напряжением 275 - 750 В, средней частотой вращения 1500 об/мин. Для удобства обслуживания электродвигатели трамваев имеют только по два пальца щеткодержателей, которые расположены в нижней части станины. Электродвигатели постоянного тока серии ДК (230 - 560 кВт, 550 -750 В, 550 - 1040 об/мин) предназначены для встраивания в колеса автосамосвалов и автопоездов грузоподъемностью 75 - 180 т. Двигатель встраивается в центральную часть колеса и крепится к неподвижной части фланцем, который расположен на круглой станине двигателя. Один шлицевый конец вала служит для передачи вращающего момента через редуктор планетарного типа, второй используют для крепления диска тормоза с электро или пневмоприводом. Выводные концы привода расположены на подшипниковом щите со стороны коллектора. Двигатель не имеет коробки выводов. Возбуждение электродвигателя последовательное, используется также обмотка независимого (параллельного) возбуждения. Двигатель имеет компенсационную обмотку для улучшения коммутации. Вентиляция двигателя независимая, с подачей воздуха через один из люков со стороны коллектора. Степень защиты IP20. Для безрельсового напольного электротранспорта (погрузчики, электроштабеляры , электротягачи) выпускаются электродвигатели серий ЗДТ, ГТ, ДК, РТ, ЗДВ мощностью 1,35 - 21 кВт и напряжением 24 - 110В. Все двигатели четырех полюсные, обмотки якорей двигателей волновые, сделаны из прямоугольного медного провода и удерживаются в пазах бандажом из стеклоленты или стальной луженой проволоки. Станины двигателей изготовляются из стальной прокатной трубы. Большинство электродвигателей имеет последовательное возбуждение и закрытое исполнение с естественным охлаждением. Двигатели серий ДКВ и ДВ характеризуются взрывозащищенным исполнением.  
Для привода рудничных аккумуляторных электровозов предназначены электродвигатели серий ДРТ, ДПТР мощностью 2,4 - 19 кВт и напряжением 80 - 250 В. Они имеют взрывозащитное исполнение и естественное охлаждение. Двигатели постоянного тока серий ДК и ЭТ предназначены для контактных рудничных электровозов, которые работают в невзрывоопасной среде. Крупные электрические машины постоянного тока используются для работы в приводах одноковшевых экскаваторов с емкостью ковша 4 м3 и более и в роторных экскаваторах.  
Электродвигатели серий МПЭ и МПВЭ применяются для привода механизмов поворота, подъема, тяги и шагания экскаваторов и работают в режимах широкого регулирования скорости, частых реверсов с большими кратковременными перегрузками. Генераторы (серия ГПЭ), которые входят в состав преобразовательных агрегатов, предназначены для питания электродвигателей механизмов главных приводов экскаваторов. Электродвигатели изготавливаются мощностью 500 - 1120 кВт и напряжением 440 В, а генераторы — 75 - 2500 кВт и напряжением 460, 630, 750, 930 и 1200 В. Для питания двигателей приводов механизмов экскаваторов выпускаются также генераторы постоянного тока серий 2МП, 2ПЭ (14 -520кВт, 115 - 750 В, 1000 - 1500 об/мин).

Для экскаваторных электроприводов  применяются также крановые электродвигатели постоянного тока экскаваторной  модификации (серия ДЭ) мощностью  до 200 кВт.