Moduł 2 Lokalizacja uszkodzeń i konserwacja maszyn elektrycznych

Transkrypt

1 Moduł 2 Lokalizacja uszkodzeń i konserwacja maszyn elektrycznych 1. Typowe uszkodzenia maszyn elektrycznych prądu stałego 2. Lokalizacja uszkodzeń maszyn elektrycznych prądu stałego 3. Zasady konserwacji maszyn elektrycznych prądu stałego 4. Typowe uszkodzenia silników elektrycznych prądu zmiennego 5. Lokalizacja uszkodzeń silników elektrycznych prądu zmiennego 6. Zasady konserwacji maszyn elektrycznych prądu zmiennego

2 1. Typowe uszkodzenia maszyn elektrycznych prądu stałego Najczęstszą przyczyną zakłóceń w pracy maszyn elektrycznych są uszkodzenia uzwojeń. Jest to spowodowane ciężkimi warunkami pracy uzwojeń, podczas której uzwojenia narażone są na działanie naprężeń elektrycznych i mechanicznych. Oprócz tego uzwojenia podlegają wpływom termicznym. Powyższe czynniki działają niszcząco na izolację uzwojeń i są główną przyczyną tzw. efektu starzenia się. Trwałość uzwojeń wynosi przeciętnie od 10 do 20 lat lub od 10 do 20 tysięcy godzin pracy. Czas ten może ulec znacznemu skróceniu w przypadku nadmiernego oddziaływania ciepła powodującego przegrzewanie się uzwojeń maszyny powyżej temperatury dopuszczalnej dla zastosowanej klasy izolacji. Rysunek 1 Stojan silnika elektrycznego z uzwojeniem Źródło: Rysunek 2 Schemat transformatora Źródło: 2

3 Cechą charakterystyczną zjawiska starzenia się izolacji jest zmniejszenie rezystancji i wytrzymałości mechanicznej. Izolacja pęka, staje się szorstka, krucha i niejednolita. Przez powstałe w izolacji pory przenika wilgoć, która jest przyczyną zmniejszenia się wytrzymałości elektrycznej izolacji. Często prowadzi to do powstania uszkodzeń w postaci przebić i zwarć. W takim przypadku silnik maszyny elektrycznej powinien zostać całkowicie przezwojony zaś izolacja wymieniona na nową. Rysunek 3 Transformator toroidalny Źródło: Zawilgocenie izolacji jest dość częstą przyczyną uszkodzeń uzwojeń. Pomimo środków zabezpieczających w postaci impregnacji lakierem, izolacja uzwojeń pozostaje higroskopijna i wchłania wilgoć z powietrza. Powoduje to zmniejszenie się rezystancji izolacji poniżej wartości dopuszczalnej, co z kolei może być przyczyną jej uszkodzenia pod wpływem naprężeń elektrycznych. Dlatego też po zaobserwowaniu wilgoci należy przed uruchomieniem maszyny wysuszyć izolację, a w razie potrzeby zaimpregnować ją emalią powierzchniową. Najbardziej typowe uszkodzenia maszyn elektrycznych można podzielić w następujący sposób: - przebicie do masy jest to metaliczne połączenie przewodu z rdzeniem stalowym lub kadłubem silnika, spowodowane uszkodzeniem izolacji przewodu oraz izolacji między uzwojeniem a rdzeniem. Przebicie występuje najczęściej w żłobkach lub na wyjściu przewodów ze żłobków; - zwarcie zwojowe polega na metalicznym połączeniu przewodów wewnątrz zezwoju wskutek uszkodzenia izolacji przewodów. Połączone zwoje tworzą zamknięty obwód wewnątrz zezwoju. Nie biorą one czynnego udziału w pracy uzwojenia. Może w nich powstawać znaczny prąd, który spowoduje duży wzrost temperatury niszczący izolację zwartych zwojów; 3

4 Rysunek 4 Przykładowe zwarcia występujące w transformatorach Źródło: - przerwa w obwodzie powstaje najczęściej w skutek rozłączenia się przewodów w miejscach lutowania przy dużych przeciążeniach prądowych, nadmiernych drganiach lub wadliwym wykonaniu złącz. Poza tym przerwy mogą występować na połączeniach czołowych i przy zaciskach wskutek uszkodzeń mechanicznych podczas montażu lub w skutek korozji w miejscach styków; - niewłaściwe połączenie uzwojenia zdarzają się najczęściej przy łączeniu grup uzwojenia przez pomylenie ich końców i np. odwrócenie części uzwojenia w przeciwnym kierunku. Typowe uszkodzenia w maszynach elektrycznych prądu stałego mogą doprowadzić do następujących awarii: Rysunek 5 Budowa silnika Źródło: 4

5 - utrudniony rozruch silnika: o silnik nie rusza po załączeniu do sieci, o po załączeniu silnika do sieci przepala się bezpiecznik lub działa samoczynne zabezpieczenie nadmiarowe, o silnik początkowo nie rusza, a po częściowym zwarciu rozrusznika rusza zbyt gwałtownie. - niewłaściwa prędkość obrotowa: o zbyt mała prędkość obrotowa silnika przy biegu jałowym; o zbyt mała prędkość obrotowa silnika przy obciążeniu; o zbyt duża prędkość obrotowa silnika; o nierówny bieg silnika, drgania i wibracje; o nagłe rozbieganie się silnika bocznikowego podczas normalnej pracy i spowodowane nim przepalenie się bezpieczników lub zadziałanie wyłącznika samoczynnego; o odwrotny kierunek wirowania silnika. - nadmierne nagrzewanie się silnika: o nadmierne nagrzewanie się twornika podczas pracy; o nadmierne nagrzewanie się bocznikowego uzwojenia wzbudzenia; o nadmierne nagrzewanie się szeregowego uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia biegunów zwrotnych; o nadmierne nagrzewanie się komutatora. - nadmierne iskrzenie szczotek: o przyczyny iskrzenia wynikające z wad szczotek i opraw szczotkowych; o przyczyny wynikające z wad komutatora; o przyczyny wynikające z wad uzwojeń; o przyczyny wynikające z nieodpowiednich warunków pracy; o powstawanie ognia na obwodzie komutatora; o szybkie zużywanie się lub porysowanie komutatora; o nierównomierne lub zbyt szybkie zużywanie się szczotek. Rysunek 6 Szczotki węglowe Źródło: Do wymienionych uszkodzeń maszyn elektrycznych można zaliczyć również uszkodzenia mechaniczne, takie jak: 5

6 Rysunek 7 Łożyska Źródło: - nadmierne nagrzewanie się łożysk spowodowane brakiem smaru w łożysku, zbyt dużą jego ilością, smarem zanieczyszczonym bądź nieodpowiednim, uszkodzonym łożyskiem lub zbyt silnym naciągiem pasa; - wyciekanie smaru z łożysk spowodowane zbyt obfitym smarowaniem, wadliwym działaniem uszczelnień lub różnicą ciśnień po obu stronach łożyska wskutek wentylacyjnego działania wirnika i pracy wentylatorów; - drgania i wibracje spowodowane wadliwym sprzęgnięciem maszyny napędzanej z silnikiem napędzającym, nieprawidłowym wyważeniem wirnika, skrzywieniem wału, nadmiernym luzem w łożyskach ślizgowych lub asymetrią magnetyczną wywołaną na skutek nierówności szczeliny powietrznej lub zwarcia w uzwojeniu. 6

7 2. Lokalizacja uszkodzeń maszyn elektrycznych prądu stałego Lokalizację typowych uszkodzeń w maszynach elektrycznych prądu stałego można przeprowadzić w następujący sposób: - utrudniony rozruch silnika: o silnik nie rusza po załączeniu do sieci przyczyną może być: uszkodzenie w linii zasilającej lub zbyt niskie napięcie zasilające. Należy sprawdzić woltomierzem lub wskaźnikiem napięcia napięcie w linii zasilającej za bezpiecznikami i wyłącznikami. brak styku w zaciskach przerwa w obwodzie. W tym przypadku należy sprawdzić styki wskaźnikiem napięcia lub woltomierzem. Oczyścić powierzchnie końcówek kablowych, podkładek i nakrętek oraz starannie dokręcić nakrętki. nieprawidłowe połączenie rozrusznika lub przerwa w rozruszniku należy sprawdzić schemat połączeń, sprawdzić obwód miernikiem izolacji. Zmierzyć napięcie na zaciskach twornika i na zaciskach obwodu wzbudzenia. przerwa w obwodzie twornika lub w obwodzie biegunów, zły styk pod szczotkami sprawdzić obwody wskaźnikiem napięcia lub miernikiem. Powierzchnię komutatora oczyścić drobnym papierem ściernym i przetrzeć szmatką zwilżoną w benzynie. zbyt duża rezystancja w obwodzie wzbudzenia sprawdzić nastawienie regulatora wzbudzenia i zmierzyć jego rezystancję. podwójne przebicie do masy lub zwarcie w uzwojeniu wzbudzenia sprawdzić miernikiem, czy nie ma przebicia. Zmierzyć rezystancję lub sprawdzić czy nie wystąpiło zwarcie zwojowe. zwarcie zwojowe w uzwojeniu twornika sprawdzić rezystancję między wycinkami na komutatorze lub cały wirnik przyrządem do wykrywania zwarć, twornik przezwoić częściowo lub całkowicie. szczotki przesunięte ustawić szczotki w położeniu lub strefie neutralnej. przeciążenie momentem hamującym sprawdzić łatwość obracania się maszyny i usunąć ewentualne uszkodzenia. o po załączeniu silnika do sieci przepala się bezpiecznik lub działa samoczynne zabezpieczenie nadmiarowoprądowe przyczyną może być: zwarcie w linii zasilającej lub na tabliczce zaciskowej - zlokalizować i usunąć zwarcie. zwarcie z kadłubem, zwarcie zezwojów w tworniku, zwarcie uzwojenia biegunów głównych sprawdzić miernikiem izolację twornika względem kadłuba oraz obu uzwojeń względem siebie, usunąć zwarcie i ewentualnie przezwoić częściowo lub całkowicie. włączenie silnika przy zwartym rozruszniku zmienić położenie rozrusznika, sprawdzić, czy styki się nie nadpaliły usunąć usterkę. niewłaściwe połączenie sprawdzić układ z schematem. rezystor regulacyjny w obwodzie wzbudzenia ustawiony na max wartość lub przerwa w tym obwodzie sprawdzić obwód i ustawić rezystor w położeniu minimalnym (opornik zwarty). o silnik początkowo nie rusza, a po częściowym zwarciu rozrusznika rusza zbyt gwałtownie przyczyną może być: 7

8 przerwa w początkowych stopniach rozrusznika sprawdzić kolejno obwody stopni rozrusznika miernikiem lub wskaźnikiem kontrolnym. Usunąć przerwę. zbyt duża wartość rezystancji regulacyjnej lub przerwa w obwodzie wzbudzenia sprawdzić obwód wzbudzenia. - niewłaściwa prędkość obrotowa: o zbyt mała prędkość obrotowa silnika przy biegu jałowym - przyczyny: zbyt niskie napięcie sieci zasilającej zmierzyć napięcie sieci. za duży prąd wzbudzenia sprawdzić prąd i wyregulować opornik w obwodzie wzbudzenia. rozrusznik nie jest całkowicie zwarty sprawdzić i skorygować. zwarcie w tworniku sprawdzić, czy nie ma zwarcia w obwodzie lub uzwojeniu twornika. Rysunek 8 Twornik Źródło: tml o zbyt mała prędkość obrotowa silnika przy obciążeniu przyczyny: zbyt niskie napięcie zmierzyć napięcie zasilające. zbyt duże obciążenie sprawdzić maszynę napędzaną, zmniejszyć obciążenie do znamionowego. zwarcie w uzwojeniu twornika sprawdzić miernikiem, czy nie ma zwarcia. niewłaściwe połączenie uzwojenia biegunów głównych lub niewłaściwe ustawienie rezystora w obwodzie wzbudzenia sprawdzić biegunowość i połączenie uzwojenia biegunów. o zbyt duża prędkość obrotowa silnika przyczyny: zbyt mały prąd wzbudzenia zmierzyć prąd w obwodzie wzbudzenia, zmniejszyć opór regulacyjny lub zwiększyć napięcie wzbudzenia. wzrost napięcia zasilającego twornik zmierzyć napięcie i skorygować złe ustawienie szczotek sprawdzić położenie szczotek, przesunąć je do strefy neutralnej. zwarcie uzwojenia wzbudzenia z kadłubem lub innym uzwojeniem sprawdzić rezystancję izolacji uzwojenia wzbudzenia względem kadłuba i pozostałych uzwojeń. 8

9 zwarcie zwojowe w uzwojeniu wzbudzenia zmierzyć rezystancję obwodu wzbudzenia, sprawdzić spadki napięć na poszczególnych cewkach. o nierówny bieg silnika, drgania i wibracje przyczyny: zwarcie zwojowe lub zwarcie między zezwojami w tworniku lub komutatorze sprawdzić twornik, czy nie ma zwarcia, przezwoić lub usunąć zwarcie na komutatorze. o nagłe rozbieganie się silnika bocznikowego podczas normalnej pracy i spowodowane nim przepalenie się bezpieczników lub zadziałanie wyłącznika samoczynnego przyczyny: przerwa w obwodzie wzbudzenia sprawdzić obwód wzbudzenia miernikiem lub wskaźnikiem napięcia, usunąć przerwę lub przezwoić w przypadku przerwy wewnątrz cewki wzbudzającej. o odwrotny kierunek wirowania silnika przyczyny: niewłaściwy układ połączeń zmienić połączenie tak, aby odwrócić kierunek prądu twornika. - nadmierne nagrzewanie się silnika: o nadmierne nagrzewanie się twornika podczas pracy przyczyny: przeciążenie -zmierzyć napięcie i prąd oraz porównać z wartościami znamionowymi, zmniejszyć obciążenie. zbyt niskie napięcie zasilające silnik zmniejszyć spadki napięć w linii zasilającej, powiększając przekrój przewodów. Zbyt wysokie napięcie zasilające silnik zmierzyć prąd i napięcie na zaciskach, zmniejszyć napięcie. Zbyt wysoka temperatura otoczenia wyższa od 40 C, zmniejszyć obciążenie lub doprowadzić chłodne powietrze. Zwarcie zwojowe w uzwojeniach twornika sprawdzić prąd biegu jałowego i sprawdzić czy nie występują lokalne przegrzania, po stwierdzeniu zwarcia przezwoić częściowo lub całkowicie. Zwarcie blach rdzenia twornika zmierzyć prąd biegu jałowego, sprawdzić stopień nagrzewania się rdzenia twornika na biegu jałowym Zacieranie twornika o bieguny sprawdzić łatwość obracania się wirnika, zmierzyć szczelinę powietrzną i usunąć przyczynę tarcia. o nadmierne nagrzewanie się bocznikowego uzwojenia wzbudzenia przyczyny: przeciążenie prądowe wywołane zbyt wysokim napięciem na zaciskach lub zbyt dużą szczeliną zmierzyć napięcie na zaciskach i prąd w obwodzie wzbudzenia, obniżyć napięcie lub zmniejszyć szczeliną powietrzną. zwarcie w uzwojeniu wzbudzenia silnika zmierzyć rezystancję poszczególnych cewek wzbudzających, sprawdzić czy nie ma w nich zwarć, wymienić uszkodzone cewki. o nadmierne nagrzewanie się szeregowego uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia biegunów zwrotnych przyczyny: zbyt duża wartość prądu zmierzyć prąd, zlikwidować przyczynę nadmiernego zwiększania się prądu poprzez podwyższenia napięcia zasilania lub usunięcie przeciążenia. 9

10 nagrzewanie się w skutek niedokładności styków sprawdzić uzwojenie przez dotknięcie, oczyścić nagrzane styki i ponownie połączyć. Rysunek 9 Przykładowe styki Źródło: o nadmierne nagrzewanie się komutatora przyczyny: silne iskrzenie szczotek usunąć przyczynę iskrzenia. nadmierne tarcie szczotek wywołane zbyt dużym dociskiem do komutatora zmierzyć naciski poszczególnych szczotek, porównać z dokumentacją lub sprawdzić w katalogu, zmniejszyć nacisk sprężyn dociskowych. nieodpowiedni gatunek szczotek sprawdzić gatunek szczotek, dobrać odpowiednie zgodne z instrukcją maszyny. Rysunek 10 Silnik prądu stałego Źródło: - nadmierne iskrzenie szczotek: o przyczyny iskrzenia wynikające z wad szczotek i opraw szczotkowych przyczyny: niedotarte szczotki dotrzeć szczotki. 10

11 słaby docisk szczotek do komutatora zwiększyć nacisk sprężyn dociskających. nieodpowiedni gatunek szczotek - sprawdzić gatunek szczotek, dobrać odpowiednie zgodne z instrukcją maszyny. nieodpowiednie ustawienie szczotek na komutatorze sprawdzić położenie szczotek, ustawić je w strefie neutralnej. nadmierne luzy szczotek w oprawach zmierzyć luzy, jeżeli luz jest większy niż 0,2 mm wymienić szczotki lub oprawy. o przyczyny wynikające z wad komutatora przyczyny: wytarcie się komutatora sprawdzić kształt komutatora, następnie przetoczyć go i przeszlifować. wystawanie miki ponad wycinki komutatora wyciąć mikę i przeszlifować komutator. o przyczyny wynikające z wad uzwojeń przyczyny: zwarcie w uzwojeniu twornika dokonać oględzin skuwek i chorągiewek, na których najczęściej występuje zwarcie, usunąć zwarcie lub przezwoić cały twornik. przerwa w uzwojeniu twornika sprawdzić uzwojenie, mierząc rezystancje lub napięcia między poszczególnymi wycinkami. 11

12 3. Zasady konserwacji maszyn elektrycznych prądu stałego Konserwacja to wszystkie czynności związane z utrzymywaniem maszyn elektrycznych i przynależnych do niego urządzeń i instalacji w stanie zdatnym do eksploatacji. Do konserwacji należy więc: - czyszczenie silnika i urządzeń - uzupełnianie smarów w łożyskach - wymiana zużytych części szczotek, styków itp. Maszyny elektryczne powinny być stale utrzymywane w stanie czystości. W tym celu należy je wycierać z kurzu, brudu i smarów oraz przedmuchiwać. Naloty z rdzy należy usunąć, a części niepokryte farbą zabezpieczyć przez posmarowanie cienką warstwą wazeliny lub przez pomalowanie farbą chroniącą od rdzy. Nadpalone komutatory i pierścienie ślizgowe należy przeczyszczać i przedmuchiwać. Należy dbać o to, aby w pobliżu silników elektrycznych nie były ustawione żadne płyny żrące, akumulatory kwasowe, przedmioty wydzielające pył. Do przedmuchiwania silników należy używać sprężonego powietrza. W nowych maszynach elektrycznych łożyska toczne są zawsze napełnione smarem, jednak z biegiem czasu smar traci swoje właściwości i powinien być wymieniony. Pierwsza wymiana smaru powinna nastąpić nie później, jak po 3 miesiącach ciągłej eksploatacji. Okres, po jakim powinno wymienić się smar w normalnie eksploatowanym silniku, nazywa się okresem smarowania i podaje się go w godzinach pracy łożyska. Wymiana smaru w łożyskach tocznych powinna przebiegać w pomieszczeniu zamkniętym i w warunkach uniemożliwiających przedostanie się do łożyska lub smaru drobin piasku lub metalu. Po zdjęciu pokrywy z łożyska usuwa się stary smar, a następnie przemywa łożysko naftą. Komorę łożyska wypełnia się nowym smarem tylko do połowy lub 2/3 wolnej przestrzeni. Całkowite wypełnienie smarem może spowodować przegrzanie łożyska. W łożyskach ślizgowych smar wymienia się co kilka miesięcy, smar ten jest łatwo dostępny do obserwacji, więc nie ustala się tu okresów wymiany smaru. Należy stan smaru kontrolować co 2-3 tygodnie. Wymianie podlega smar zanieczyszczony, nieprzezroczysty i o zmienionej barwie. Konserwacja komutatora i pierścieni ślizgowych komutator silnika elektrycznego z dobrze dotartymi i mało iskrzącymi szczotkami nabiera po pewnym czasie koloru wiśniowego. Jest to emulsja przewodząca, której obecność świadczy o dobrej pracy komutatora, w związku z czym nie należy go czyścić, dopóki nie pojawią się na nim ślady opalenia, pochodzące od iskrzenia. Ślady te pogarszają styk między komutatorem a szczotką. Czyszczenie przeprowadza się na wybiegu w stanie beznapięciowym przez przyłożenie do komutatora papieru o bardzo drobnym ziarnie i przyciśnięcie go dopasowanym do komutatora kawałkiem drewna. Komutator należy oczyścić do takiego stanu, aby nie były na nim widoczne żadne przyciemnienia i plamy opalenia. W podobny sposób czyści się pierścienie ślizgowe. Rowki między wycinkami komutatorowymi z biegiem czasu pokrywają się pyłem szczotkowym, który należy usuwać za pomocą cienkich ścinków preszpanu lub fibry, a następnie przedmuchać powietrzem, uważając, aby żaden pył nie dostał się między uzwojenia twornika lub stojana. Gdy rowki między wycinkami komutatorowymi staną się zbyt płytkie, wówczas trzeba je pogłębić za pomocą specjalnej piłki. Rowki pogłębia się tak, aby miały przekrój prostokątny, a nie półokrągły i tak, aby izolacja mikowa była wyżłobiona na jednakowej wysokości. Komutator po dłuższej pracy zużywa się i staje się nierówny. Pojawiają się na nim wgłębienia od szczotek. Kiedy wgłębienia stają się widoczne należy komutator 12

13 przetoczyć. Komutatora nie powinno się zbyt często przetaczać nadmierne zużywanie się komutatora świadczy o nieprawidłowości w przyrządzie szczotkowym lub w samych szczotkach. Ustawianie oprawek szczotkowych oprawki szczotkowe powinny być tak ustawione, aby dolna krawędź znajdowała się w odstępie 2 mm nad powierzchnią komutatora. Oś szczotki w oprawce prostej powinna przechodzić przez środek komutatora czyli ustawienie szczotki powinno być promieniowe. W przypadku silników przeznaczonych do jednego kierunku obrotu, czyli posiadających skośne oprawki szczotkowe oś szczotki powinna być nachylona pod kątek 30 do promienia przechodzącego przez jej środek w kierunku zbiegającej krawędzi szczotki. Wymiana szczotek szczotki w silnikach elektrycznych zużywają się dość często i po pewnym czasie eksploatacji należy je wymieniać. Wymiana szczotek powinna nastąpić jeszcze przed ich całkowitym zużyciem, aby nie doprowadzić do uszkodzenia komutatora lub pierścieni ślizgowych. Szczotki kwalifikują się do wymiany, gdy ich wysokość zmaleje do 10 mm. Docieranie szczotek nowa szczotka powinna być dokładnie dotarta do powierzchni komutatora. W tym celu pod szczotkę podkłada się pasek papieru ściernego o bardzo drobnym ziarnie stroną ścierną skierowaną do szczotki. Pasek papieru trzymamy obiema rękoma dociskają go do komutatora, pociągając go w obu kierunkach na przemian. W przypadku, gdy silnik jest przeznaczony tylko do jednego kierunku wirowania, wówczas pasek papieru przeciąga się tylko w kierunku wirowania komutatora, zaś podczas cofania papieru szczotkę należy unieść do góry. Podczas docierania szczotka musi być dociśnięta do komutatora za pomocą sprężyny, tak jak przy normalnej pracy silnika. Pomiar nacisku szczotek podczas konserwacji silników wyposażonych w szczotki trzeba od czasu do czasu przeprowadzać pomiar nacisku szczotek na komutator lub pierścienie ślizgowe. Pomiar nacisku można wykonać za pomocą miernika BPM 6.1. Rysunek 11 Miernik siły nacisku sprężyny na szczotkę BPM 6.1 Źródło: stan na dzień Podczas przeprowadzania przeglądów maszyn elektrycznych należy przeprowadzić kontrolę stanu urządzeń pomocniczych i przyrządów elektrycznych wchodzących w skład zespołów napędowych. Należą do nich łączniki ręczne i samoczynne, przyciski sterownicze, przekaźniki, przyrządy pomiarowe, rozruszniki, oporniki, prostowniki, itp. We wszystkich urządzeniach należy sprawdzać nagrzewanie się styków i kontrolować stan dokręcenia śrub i nakrętek w miejscach styku. 13

14 4. Typowe uszkodzenia silników elektrycznych prądu zmiennego Najczęstszą przyczyną zakłóceń w pracy maszyn elektrycznych są uszkodzenia uzwojeń. Jest to spowodowane ciężkimi warunkami pracy uzwojeń, podczas której uzwojenia narażone są na działanie naprężeń elektrycznych i mechanicznych. Oprócz tego uzwojenia podlegają wpływom termicznym. Powyższe czynniki działają niszcząco na izolację uzwojeń i są główną przyczyną tzw. efektu starzenia się. Trwałość uzwojeń wynosi przeciętnie od 10 do 20 lat lub od 10 do 20 tysięcy godzin pracy. Czas ten może ulec znacznemu skróceniu w przypadku nadmiernego oddziaływania ciepła powodującego przegrzewanie się uzwojeń maszyny powyżej temperatury dopuszczalnej dla zastosowanej klasy izolacji. Cechą charakterystyczną zjawiska starzenia się izolacji jest zmniejszenie rezystancji i wytrzymałości mechanicznej. Izolacja pęka, staje się szorstka, krucha i niejednolita. Przez powstałe w izolacji pory przenika wilgoć, która jest przyczyną zmniejszenia się wytrzymałości elektrycznej izolacji. Często prowadzi to do powstania uszkodzeń w postaci przebić i zwarć. W takim przypadku maszyna elektryczna powinna zostać całkowicie przezwojony, zaś izolacja wymieniona na nową. Zawilgocenie izolacji jest dość częstą przyczyną uszkodzeń uzwojeń. Pomimo środków zabezpieczających w postaci impregnacji lakierem, izolacja uzwojeń pozostaje higroskopijna i wchłania wilgoć z powietrza. Powoduje to zmniejszenie się rezystancji izolacji poniżej wartości dopuszczalnej, co z kolei może być przyczyną jej uszkodzenia pod wpływem naprężeń elektrycznych. Dlatego też po zaobserwowaniu wilgoci należy przed uruchomieniem maszyny wysuszyć izolację, a w razie potrzeby zaimpregnować ją emalią powierzchniową. Najbardziej typowe uszkodzenia maszyn elektrycznych można podzielić w następujący sposób: - przebicie do masy jest to metaliczne połączenie przewodu z rdzeniem stalowym lub kadłubem silnika, spowodowane uszkodzeniem izolacji przewodu oraz izolacji między uzwojeniem a rdzeniem. Przebicie występuje najczęściej w żłobkach lub na wyjściu przewodów ze żłobków; - zwarcie zwojowe polega na metalicznym połączeniu przewodów wewnątrz zezwoju wskutek uszkodzenia izolacji przewodów. Połączone zwoje tworzą zamknięty obwód wewnątrz zezwoju. Nie biorą one czynnego udziału w pracy uzwojenia. Może w nich powstawać znaczny prąd, który spowoduje duży wzrost temperatury niszczący izolację zwartych zwojów; - zwarcie między zezwojami jest podobne do zwarcia między zwojami, z tą tylko różnicą, że przy tym zwarciu zwierają się przewody należące do różnych zezwojów tej samej fazy lub różnych faz. Zwarcie między zezwojami często występuję na połączeniach czołowych uzwojeń. - przerwa w obwodzie powstaje najczęściej w skutek rozłączenia się przewodów w miejscach lutowania przy dużych przeciążeniach prądowych, nadmiernych drganiach lub wadliwym wykonaniu złącz. Poza tym przerwy mogą występować na połączeniach czołowych i przy zaciskach wskutek uszkodzeń mechanicznych podczas montażu lub w skutek korozji w miejscach styków; - niewłaściwe połączenie uzwojenia zdarzają się najczęściej przy łączeniu grup uzwojenia przez pomylenie ich końców i np. odwrócenie części uzwojenia w przeciwnym kierunku. Polegają również na odwróceniu poszczególnych zezwojów lub całych faz przy łączeniu uzwojeń z tabliczką zaciskową. 14

15 Typowe uszkodzenia w maszynach elektrycznych prądu zmiennego mogą doprowadzić do następujących awarii: - utrudniony rozruch silnika: o silnik nie rusza po załączeniu do sieci o przepalają się bezpieczniki lub działa samoczynne zabezpieczenie po załączeniu silnika do sieci o gwałtowne ruszanie silnika pierścieniowego po częściowym zwarciu rozrusznika o ruszanie silnika pierścieniowego przy otwartym rozruszniku o pełzanie silnika klatkowego podczas rozruchu (prędkość obrotowa nie przekracza połowy prędkości znamionowej) - zakłócenia biegu jałowego silnika o nieodpowiedni kierunek wirowania o przeciążenie prądowe silnika przy biegu jałowym - zakłócenia w pracy silnika obciążonego o zbyt mała prędkość obrotowa silnika obciążonego o nadmierne iskrzenie szczotek na pierścieniach o nadmierny hałas silnika podczas pracy - nadmierne nagrzewanie się silnika o z silnika wydobywa się dym o nadmierne nagrzewanie się wirnika o nadmierne nagrzewanie się pierścieni, szczotek lub styków mechanizmu zwierającego (w silnikach pierścieniowych) Do wymienionych uszkodzeń silników elektrycznych można zaliczyć również uszkodzenia mechaniczne, takie jak: - nadmierne nagrzewanie się łożysk spowodowane brakiem smaru w łożysku, zbyt dużą jego ilością, smarem zanieczyszczonym bądź nieodpowiednim, uszkodzonym łożyskiem lub zbyt silnym naciągiem pasa; - wyciekanie smaru z łożysk spowodowane zbyt obfitym smarowaniem, wadliwym działaniem uszczelnień lub różnicą ciśnień po obu stronach łożyska wskutek wentylacyjnego działania wirnika i pracy wentylatorów; - drgania i wibracje spowodowane wadliwym sprzęgnięciem maszyny napędzanej z silnikiem napędzającym, nieprawidłowym wyważeniem wirnika, skrzywieniem wału, nadmiernym luzem w łożyskach ślizgowych lub asymetrią magnetyczną wywołaną na skutek nierówności szczeliny powietrznej lub zwarcia w uzwojeniu. 15

16 5. Lokalizacja uszkodzeń silników elektrycznych prądu zmiennego Lokalizację typowych uszkodzeń w maszynach elektrycznych prądu zmiennego można przeprowadzić w następujący sposób: - utrudniony rozruch silnika: o silnik nie rusza po załączeniu do sieci przyczyny: uszkodzenie linii zasilającej, brak napięcia w jednej fazie (silnik brzęczy) sprawdzić, czy nie jest spalony bezpiecznik. Sprawdzić woltomierzem lub wskaźnikiem napięcia napięcie sieci i w linii zasilającej za bezpiecznikami, za wyłącznikiem i na zaciskach silnika. Sprawdzić napięcie w linii zasilającej. zbyt niskie napięcie na zaciskach zmierzyć napięcie zasilające i porównać z podanym na tabliczce zaciskowej brak styku w zaciskach oczyścić powierzchnie styków zaciskowych przy bezpiecznikach, przy wyłączniku, na tabliczce zaciskowej stojana, wirnika i rozrusznika (w silniku pierścieniowym). przerwa w uzwojeniu stojana lub wirnika pierścieniowego sprawdzić miernikiem izolacji obwody poszczególnych faz stojana i wirnika. Zlutować połączenie między zezwojami lub przezwoić silnik w przypadku, gdy przerwa jest wewnątrz zezwoju. przerwa w rozruszniku lub zły styk między szczotką a pierścieniem (w silniku pierścieniowym) sprawdzić obwody miernikiem lub wskaźnikiem napięcia, usunąć przerwę w rozruszniku. Oczyścić pierścienie. Zwarcie w obwodzie stojana lub wirnika silnika pierścieniowego sprawdzić uzwojenia fazowe poprzez pomiar ich rezystancji, zaizolować miejsce zwarcia lub przezwoić wirnik albo stojan. Wadliwe połączenie uzwojenia na tabliczce zaciskowej - sprawdzić prawidłowość połączenia faz w gwiazdę lub trójkąt, odpowiednio do danych na tabliczce znamionowej i napięcia sieci. Sprawdzić za pomocą woltomierzy prawidłowość połączeń początków i końców poszczególnych faz. Wadliwe połączenie przy przełączniku gwiazda-trójkąt - sprawdzić schemat połączeń oraz jakość styków przełącznika Zbyt duże obciążenie na wale lub zahamowanie maszyny napędzanej zbadać maszynę napędzaną, zmniejszyć obciążenie Zacieranie wirnika o stojan lub zatarcie w łożyskach sprawdzić łatwość obracanie się wirnika w stojanie, wymienić łożyska o przepalają się bezpieczniki lub działa samoczynne zabezpieczenie po załączeniu silnika do sieci przyczyny: zwarcie w linii zasilającej między zabezpieczeniem a silnikiem lub na tabliczce zaciskowej wyjąć bezpieczniki i odłączyć silnik. Sprawdzić linię i usunąć zwarcie. zwarcie dwóch faz z kadłubem, zwarcie w uzwojeniu stojana lub w uzwojeniu wirnika pierścieniowego sprawdzić silnik induktorem, zaizolować uzwojenie w miejscu zwarcia lub przezwoić silnik. omyłkowe załączenie silnika pierścieniowego przy zwartym rozruszniku lub zwartych pierścieniach (podniesionych szczotkach) zmienić rezystancję rozrusznika, opuścić szczotki na pierścienie. 16

17 niewłaściwe połączenie uzwojeń sprawdzić prawidłowość połączenia faz w gwiazdę lub trójkąt, odpowiednio do danych tabliczki znamionowej i napięcia w sieci. Sprawdzić prawidłowość połączenia początków i końców poszczególnych faz. nieodpowiednie zabezpieczeni silnika zmienić bezpieczniki lub nastawienie wyłącznika samoczynnego. o gwałtowne ruszanie silnika pierścieniowego po częściowym zwarciu rozrusznika przyczyny: przerwa w rozruszniku sprawdzić rozrusznik za pomocą wskaźnika lub induktora i usunąć przerwę. o ruszanie silnika pierścieniowego przy otwartym rozruszniku przyczyny: zwarcie w uzwojeniu wirnika sprawdzić wirnik, usunąć zwarcie lub przezwoić. zwarcie w rozruszniku lub uszkodzenie przyrządu do unoszenia szczotek i zwierania uzwojeń wirnika sprawdzić rozrusznik oraz przyrząd do unoszenia szczotek. Usunąć wadę. o pełzanie silnika klatkowego podczas rozruchu (prędkość obrotowa nie przekracza połowy prędkości znamionowej) przyczyny: zbyt duży moment hamujący wykonać próbę rozruchu przy zmniejszonym obciążeniu na wale. zbyt niskie napięcie podczas rozruchu zmierzyć napięcie na zaciskach podczas rozruchu. wadliwa konstrukcja silnika złożyć reklamację u dostawcy silnika - zakłócenia biegu jałowego silnika o nieodpowiedni kierunek wirowania przyczyny: zamieniona kolejność połączeń dwóch faz krzyżować końce dwóch faz na tabliczce zaciskowej lub na tablicy rozdzielczej sieci zasilającej. o przeciążenie prądowe silnika przy biegu jałowym przyczyny: zbyt duże napięcie zasilające silnik - zmierzyć napięcie sieci, sprawdzić układ połączeń na tabliczce zaciskowej i porównać z danymi tabliczki znamionowej. przerwa lub zwarcie w uzwojeniu wirnika sprawdzić uzwojenie wirnika i usunąć usterkę. - zakłócenia w pracy silnika obciążonego o zbyt mała prędkość obrotowa silnika obciążonego przyczyny: przeciążenie silnika zmniejszyć obciążenie kierując się wskazaniami amperomierzy. zbyt niskie napięcie lub nieodpowiednie połączenie faz (w gwiazdę zamiast w trójkąt) zmierzyć napięcie na zaciskach podczas pracy silnika oraz sprawdzić połączenie faz i porównać z tabliczką znamionową. przerwa w jednej fazie, po zatrzymaniu silnik nie rusza sprawdzić bezpieczniki. Zbadać napięcia w linii zasilającej oraz sprawdzić miernikiem uzwojenia silnika, usunąć przerwę w fazie. o nadmierne iskrzenie szczotek na pierścieniach przyczyny: szczotki zakleszczają się w oprawach sprawdzić, oczyścić i dopasować szczotki do opraw. nierówna lub zabrudzona powierzchnia pierścieni przeszlifować lub oczyścić pierścienie. 17

18 pierścienie niecentryczne przetoczyć pierścienie. nieodpowiedni lub niejednakowy docisk szczotek zmierzyć i skorygować docisk. nieodpowiednie szczotki dobrać odpowiedni gatunek szczotek zgodny z danymi producenta. o nadmierny hałas silnika podczas pracy przyczyny: zwarcie zwojowe w jednej fazie stojana sprawdzić, czy występuje lokalne przegrzanie na połączeniach czołowych, sprawdzić, czy uzwojenia nie mają zwarcia i ewentualnie silnik przezwoić. znaczna asymetria napięcia zasilającego zmierzyć napięcia zasilające i usunąć przyczynę asymetrii zasilania. nierówna szczelina powietrzna wycentrować wirnik w stojanie, w razie potrzeby wymienić łożyska. ocieranie wentylatora o osłonę wentylacyjną zdemontować silnik, wyprostować skrzywiony wentylator lub osłonę. hałasy łożysk tocznych sprawdzić czy jest smar w łożyskach, zużyte łożyska wymienić. - nadmierne nagrzewanie się silnika o z silnika wydobywa się dym przyczyny: przeciążenie silnika zmierzyć prąd pobierany przez silnik przy obciążeniu i porównać z danymi znamionowymi, zmniejszyć obciążenie lub zastosować silnik większej mocy. zwarcie wewnątrz uzwojenia stojana lub zwarcie z kadłubem, silnik pracuje hałaśliwie, uzwojenie nagrzewa się nierównomiernie sprawdzić uzwojenie, czy nie ma zwarć lub przebicia do masy, przezwoić silnik częściowo lub całkowicie. o nadmierne nagrzewanie się wirnika przyczyny: przeciążenie zmierzyć prąd w stojanie, zmniejszyć obciążenie. zwarcie wewnątrz uzwojenia wirnika silnika pierścieniowego zbadać, czy uzwojenie wirnika czy nie ma zwarcia. o nadmierne nagrzewanie się pierścieni, szczotek lub styków mechanizmu zwierającego (w silnikach pierścieniowych) przyczyny zbyt duży prąd w wirniku wskutek przeciążenia silnika lub zbyt niskiego napięcia sieci zmierzyć prąd w stojanie przy obciążeniu i porównać z danymi znamionowymi. zbyt słaby lub zbyt silny nacisk szczotek na pierścienie zmierzyć docisk szczotek i wyregulować według zaleceń producenta. zły stan powierzchni pierścieni przetoczyć pierścienie. nieodpowiedni gatunek szczotek sprawdzić gatunek szczotek i w razie potrzeby wymienić je na odpowiedni. 18

19 6. Zasady konserwacji maszyn elektrycznych prądu zmiennego Konserwacja to wszystkie czynności związane z utrzymywaniem maszyn elektrycznych i przynależnych do niego urządzeń i instalacji w stanie zdatnym do eksploatacji. Do konserwacji należy więc: - czyszczenie silnika i urządzeń, - uzupełnianie smarów w łożyskach, - wymiana zużytych części szczotek, styków itp. Silniki elektryczne powinny być stale utrzymywane w stanie czystości. W tym celu należy je wycierać z kurzu, brudu i smarów oraz przedmuchiwać. Naloty z rdzy należy usunąć, a części niepokryte farbą zabezpieczyć przez posmarowanie cienką warstwą wazeliny lub przez pomalowanie farbą chroniącą od rdzy. Nadpalone komutatory i pierścienie ślizgowe należy przeczyszczać i przedmuchiwać. Należy dbać o to, aby w pobliżu maszyn elektrycznych nie były ustawione żadne płyny żrące, akumulatory kwasowe, przedmioty wydzielające pył. Do przedmuchiwania maszyn należy używać sprężonego powietrza. W nowych silnikach elektrycznych łożyska toczne są zawsze napełnione smarem, jednak z biegiem czasu smar traci swoje właściwości i powinien być wymieniony. Pierwsza wymiana smaru powinna nastąpić nie później jak po 3 miesiącach ciągłej eksploatacji. Okres, po jakim powinno wymienić się smar w normalnie eksploatowanym silniku, nazywa się okresem smarowania i podaje się go w godzinach pracy łożyska. Wymiana smaru w łożyskach tocznych powinna przebiegać w pomieszczeniu zamkniętym i w warunkach uniemożliwiających przedostanie się do łożyska lub smaru drobin piasku lub metalu. Po zdjęciu pokrywy z łożyska usuwa się stary smar, a następnie przemywa łożysko naftą. komorę łożyska wypełnia się nowym smarem tylko do połowy lub 2/3 wolnej przestrzeni. Całkowite wypełnienie smarem może spowodować przegrzanie łożyska. W łożyskach ślizgowych smar wymienia się co kilka miesięcy, smar ten jest łatwo dostępny do obserwacji, więc nie ustala się tu okresów wymiany smaru. Należy stan smaru kontrolować co 2-3 tygodnie. Wymianie podlega smar zanieczyszczony, nieprzezroczysty i o zmienionej barwie. Konserwacja komutatora i pierścieni ślizgowych komutator silnika elektrycznego z dobrze dotartymi i mało iskrzącymi szczotkami nabiera po pewnym czasie koloru wiśniowego. Jest to emulsja przewodząca, której obecność świadczy o dobrej pracy komutatora. Komutatora pokrytego taką emulsją nie należy czyścić, dopóki nie pojawią się na nim ślady opalenia, pochodzące od iskrzenia. Ślady te pogarszają styk między komutatorem a szczotką. Czyszczenie przeprowadza się na wybiegu w stanie beznapięciowym przez przyłożenie do komutatora papieru o bardzo drobnym ziarnie i przyciśnięcie go dopasowanym do komutatora kawałkiem drewna. Komutator należy oczyścić do takiego stanu, aby nie były na nim widoczne żadne przyciemnienia i plamy opalenia. W podobny sposób czyści się pierścienie ślizgowe. Rowki między wycinkami komutatorowymi z biegiem czasu pokrywają się pyłem szczotkowym, który należy usuwać za pomocą cienkich ścinków preszpanu lub fibry, a następnie przedmuchać powietrzem, uważając, aby żaden pył nie dostał się między uzwojenia twornika lub stojana. Gdy rowki między wycinkami komutatorowymi staną się zbyt płytkie, wówczas trzeba je pogłębić za pomocą specjalnej piłki. Rowki pogłębia się tak, aby miały przekrój prostokątny, a nie półokrągły i tak, aby izolacja mikowa była wyżłobiona na jednakowej wysokości. Komutator po dłuższej pracy zużywa się i staje się nierówny. Pojawiają się na nim wgłębienia od szczotek. Kiedy wgłębienia stają się widoczne należy komutator 19

20 przetoczyć. Komutatora nie powinno się zbyt często przetaczać nadmierne zużywanie się komutatora świadczy o nieprawidłowości w przyrządzie szczotkowym lub w samych szczotkach. Ustawianie oprawek szczotkowych oprawki szczotkowe powinny być tak ustawione, aby dolna krawędź znajdowała się w odstępie 2 mm nad powierzchnią komutatora. Oś szczotki w oprawce prostej powinna przechodzić przez środek komutatora czyli ustawienie szczotki powinno być promieniowe. W przypadku silników przeznaczonych do jednego kierunku obrotu, czyli posiadających skośne oprawki szczotkowe oś szczotki powinna być nachylona pod kątek 30 do promienia przechodzącego przez jej środek w kierunku zbiegającej krawędzi szczotki. Konserwacja przyrządu do podnoszenia szczotek przyrząd do podnoszenia szczotek i zwierania uzwojeń wirnika silnika pierścieniowego należy co pewien czas w miejscach tarcia (z wyjątkiem styków prądowych) nasmarować gęstym smarem. Styki należy przeczyścić drobnym papierem ściernym a obluzowane styki wymienić. Wymiana szczotek szczotki w silnikach elektrycznych zużywają się dość często i po pewnym czasie eksploatacji należy je wymieniać. Wymiana szczotek powinna nastąpić jeszcze przed ich całkowitym zużyciem, aby nie doprowadzić do uszkodzenia komutatora lub pierścieni ślizgowych. Szczotki kwalifikują się do wymiany, gdy ich wysokość zmaleje do 10 mm. Docieranie szczotek nowa szczotka powinna być dokładnie dotarta o powierzchni komutatora. W tym celu pod szczotkę podkłada się pasek papieru ściernego o bardzo drobnym ziarnie stroną ścierną skierowaną do szczotki. Pasek papieru trzymamy obiema rękoma dociskają go do komutatora pociągając go w obu kierunkach na przemian. W przypadku gdy silnik jest przeznaczony tylko do jednego kierunku wirowania, wówczas pasek papieru przeciąga się tylko w kierunku wirowania komutatora zaś podczas cofania papieru szczotkę należy unieść do góry. Podczas docierania szczotka musi być dociśnięta do komutatora za pomocą sprężyny tak jak przy normalnej pracy silnika. Pomiar nacisku szczotek podczas konserwacji silników wyposażonych w szczotki trzeba od czasu do czasu przeprowadzać pomiar nacisku szczotek na komutator lub pierścienie ślizgowe. Pomiar nacisku można wykonać za pomocą miernika BPM 6.1. Podczas przeprowadzania przeglądów maszyn elektrycznych, należy przeprowadzić kontrolę stanu urządzeń pomocniczych i przyrządów elektrycznych wchodzących w skład zespołów napędowych. Należą do nich łączniki ręczne i samoczynne, przyciski sterownicze, przekaźniki, przyrządy pomiarowe, rozruszniki, oporniki, prostowniki, itp. We wszystkich urządzeniach należy sprawdzać nagrzewanie się styków i kontrolować stan dokręcenia śrub i nakrętek w miejscach styku. 20

21 Bibliografia: 1. Maszyny elektryczne, E. Goźlińska, WSIP, 2013r. 2. Aparaty i urządzenia elektryczne, W. Kotlarski, J. Grad, WSIP, 2012r. 3. Uszkodzenia i naprawa silników elektrycznych, J. Zembrzuski, WNT, 1992 r. 4. Poradnik inżyniera elektryka, Praca zbiorowa, WNT, 1995 r. 5. Maszyny elektryczne w pytaniach i odpowiedziach, W. Latek, WNT, 1994 r. 6. Zagrożenia i ochrona od porażeń w instalacjach elektrycznych, H. Markiewicz, WNT, 2000 r. Netografia: Katalogi części zamiennych maszyn i urządzeń elektrycznych (zasoby internetowe):