Техническое обслуживание щеточно-коллекторного узла электродвигателей постоянного тока
Щеточно-коллекторный узел в машинах постоянного тока и других машинах является наименее надежным узлом и требует тщательного технического обслуживания. Для обеспечения безыискровой работы необходимо выполнение ряда условий, обеспечивающих надежный контакт между щеткой и коллектором и равномерную допустимую нагрузку током рабочей поверхности щетки.
Исправность щеточно-коллекторного узла проверяют при осмотре и необходимых измерениях. У исправных коллекторов поверхность гладкая, без выступающей слюды или отдельных пластин, вмятин, подгаров, эксцентриситета или биения. Щетки свободно скользят в обоймах щеткодержателей, без качки и с достаточной силой прижимаются к коллектору. Болты, траверсы, пальцы, на которых крепятся щеткодержатели, достаточно жесткие и не имеют вибраций, качки и т.п. Якорь машины сбалансирован и вращается без вибраций. Щетки должны быть одной марки, требуемого размера и притертыми к коллектору.
При техническом обслуживании пыль с коллектора и щеточного механизма удаляют пылесосом или продувкой сжатым воздухом; коллектор протирают салфеткой, смоченной спиртом. Проверяют легкость перемещения щетки в щеткодержателе.
Если щетка перемещается туго, необходимо почистить щеткодержатель и щетку. Зазор между щеткодержателем и коллектором должен быть в электродвигателях постоянного тока большой мощности 2 — 4 мм, в электродвигателях постоянного тока малой мощности 1—2,5 мм.
Люфт щетки в гнезде щеткодержателя в направлении вращения коллектора не должен превышать 0,1—0,2 мм при толщине щетки 8—16 мм и 0,15 — 0,25 мм при толщине свыше 16 мм.
Большой зазор приводит к наклону щетки из-за силы трения о коллектор, увлекающей за собой нижний край щетки, и затрудняет ее перемещение в гнезде. Большой люфт особенно проявляется в реверсивных машинах, так как при изменении направления вращения щетка в противоположную сторону, что уменьшает поверхность ее прилегания к коллектору. Вдоль оси коллектора допускается люфт в гнезде от 0,2 до 0,5 мм.
Измеряют также давление щетки на коллектор. Под щетку подкладывают лист бумаги, а динамометр крепят к щетке.
Показание динамометра, при котором бумага легко вытаскивается из-под щетки, позволяет определить давление щетки на коллектор. Недостаточное давление щетки приводит к сильному искрению и ускоренному износу коллектора и щеток. Слишком сильное давление увеличивает силу трения в скользящем контакте, а также износ. Давление должно быть минимальным, при котором искрение не превышает значения, допустимого по технической документации, и одинаковым на все щетки для равномерного распределения тока между ними. Давление пальца на середину щетки регулируется пружиной.
Кроме того, проверяется правильность расположения щеток на коллекторе. Для равномерной нагрузки щеток током на каждом щеткодержателе их размещают строго по оси коллектора. Для равномерного износа коллектора щетки рядов в осевом направлений должны быть сдвинуты. Расстояние между щеткодержателями одинаково.
Биение рабочей поверхности коллектора проверяют индикатором часового типа. Для того чтобы углубление между коллекторными пластинами не искажали измерений, на конец стержня индикатора надевают плоский наконечник. Биение проверяют в нескольких местах при медленном проворачивании якоря. Допустимое биение в быстроходных машинах с окружной скоростью коллектора до 50 м/с не должно превышать 0,02—0,03 мм; в тихоходных машинах без ущерба для работы машины допускается значительно большее биение.
При выработке щеток их заменяют. Величина допустимой выработки указывается в технической документации на каждую машину. После установки новых щеток производят их притирку и пришлифовку. Для притирки между щеткой и коллектором устанавливают стеклянную шкурку с мелким зерном и протягивают ее в направлении вращения коллектора. Рабочая поверхность шкурки придает щетке предварительный радиус, близ кий радиусу коллектора.
Затем щеточный аппарат продувают сжатым воздухом для очистки от пыли и щетки пришлифовывают при вращающейся на холостом ходу машине.
Пришлифовку можно считать законченной, когда не менее половины поверхности щетки прилегает к коллектору. При этом на коллекторе должна быть политура. Если коллектор имеет царапины, незначительные подгары, то их удаляют шлифовкой коллектора.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Контроль состояния коллектора и контактных колец
Коллектор является одним из наиболее сложных узлов электрических машин как по числу деталей, так и по технологии его изготовления. Во время работы на коллектор действуют центробежные силы, вибрация, нагрев. В процессе работы геометрия и состояние коллектора должны соответствовать требованиям обеспечения надежного контакта со щетками.
Контактные кольца электрических машин (асинхронных электродвигателей с фазным ротором, синхронных генераторов и др.) работают по сравнению с коллектором в менее напряженных условиях, но и к ним предъявляются высокие требования. Следует отметить, что износ коллектора и контактных колец в значительной степени зависит от работы щеточного механизма. При техническом обслуживании состояние коллекторов и контактных колец обычно определяется осмотром и только в необходимых случаях проводят измерения (например, при потемнении поверхности коллекторных пластин в местах припайки выводов обмотки измеряют падение напряжения в месте пайки).
Большой информативностью обладает политура, покрывающая поверхность коллекторных пластин. Политура нормально работающего коллектора имеет одинаковый цвет по всему коллектору. Пробой слоя политуры в виде светлых пятен с точками-углублениями свидетельствует о перегрузке коллектора током. Если на поверхности коллектора наблюдаются чередующиеся светлые и темные полосы, то можно утверждать о неравномерности распределения токовой нагрузки между параллельно включенными щетками, т. е. о неисправности щеточного узла. Потемнение петушков коллекторных пластин свидетельствует о нарушении пайки между коллекторными пластинами и выводами обмотки якоря.
Обычно при диагностировании коллекторов и контактных колец контролируют диаметр и биение поверхности коллектора и контактных колец, профиль коллектора и состояние контактов в соединении коллекторных пластин с обмоткой.
Измерение диаметра коллектора и контактных колец проводят, чтобы определить, не превысил ли износ коллекторных пластин допустимой величины. Минимальное значение диаметра коллектора определяют исходя из допустимой высоты коллекторных пластин. Высота коллекторных пластин не должна быть меньше, чем это указано в таблице ниже.
| Высота коллекторных пластин, мм | |
| номинальная | допустимая |
| 16—19 | 11 — 12 |
| 20—29 | 13—19 |
| 30—39 | 20—27 |
| 40—49 | 28—35 |
| 50—80 | 36—60 |
Диаметр контактных колец асинхронных электродвигателей с фазным ротором не должен быть меньше допустимого значения, приведенного в таблице ниже.
| Тип электродвигателя | Диаметр контактных колец, мм | |
| номинальный | допустимый | |
| АК-51-4, АК-51-6, АК-51-8 АК-52-4, АК-52-6, АК-52-8 АОК2-41-4, АК-41-6 АОК2-42-4, АОК2-42-6 АОК2-51-4, АОК2-51-6, АОК2-51-8 АОК2-52-4, АОК2-52-6, АОК2-52-8 |
73,5-05 | 68 |
| АК-61-4, АК-61-6, АК-61-8 АК-62-4, АК-62-6, АК-62-8 АОК2-61-4, АОК2-61-6, АОК2-61-8 АОК2-62-4, АОК2-62-6, АОК2-62-8 |
80 +0,4 | 75 |
| АОК2-71-4, АОК2-71-6, АОК2-71-8 АОК2-72-4, АОК2-72-6, АОК2-72-8 АОК2-81-4, АОК2-81-6, АОК2-81-8 АОК2-82-4, АОК2-82-6, АОК2-82-8 |
84-05 | 74 |
| АК-71-4, АК-71-6, АК-71-8 АК-72-4, АК-72-6, АК-72-8 |
120 +0,4 | 110,8 |
| АК-81-4, АК-81-6, АК-81-8 АК-82-4, АК-82-6, АК-82-8 |
122 +0,4 | 112,8 |
Контроль биения поверхности коллекторов и контактных колец
Контроль биения поверхности коллекторов и контактных колец можно проводить как при собранной электрической машине, так и после ее разборки. Биение обычно измеряют индикатором часового типа, закрепленным на штативе. При определении биения коллектора или контактных колец у собранной электрической машины якорь или ротор медленно поворачивают вручную и следят за показаниями индикатора. Если электрическая машина разобрана, то для измерения биения коллектора или колец якорь или ротор устанавливают в центрах и также поворачивают вокруг оси. При измерениях ножка индикатора должна быть перпендикулярной к поверхности коллектора или кольца. Значение биения определяют по разности между наибольшим и наименьшим показаниями индикатора. Как правило, биение коллектора не должно превышать 0,05—0,06 мм, а биение контактных колец — 0,3 мм. В литературе приведена формула для определения допустимого значения биения коллектора в зависимости от его диаметра и номинальной частоты вращения:
где D — диаметр коллектора, мм; nн — номинальная частота вращения, мин -1 .
Биение коллекторов и контактных колец устраняют протачиванием их поверхности на токарных станках.
Контроль профиля
Контроль профиля является важным элементом в процессе диагностирования коллектора. Необходимость такого контроля обусловлена тем, что при эксплуатации встречаются случаи ослабления крепления коллекторных пластин, вследствие чего некоторые коллекторные пластины выступают над поверхностью и нарушают нормальное контактирование между щетками и коллектором. Это приводит к вибрации щеток во время работы и, как следствие, к их ускоренному изнашиванию.
Перед контролем профиля коллектор тщательно осматривают, обращая внимание на глубину залегания миканитовых прокладок между коллекторными пластинами. Вследствие быстрого износа медных пластин коллектора по сравнению с миканитовыми прокладками, между пластинами часто наблюдается выступание прокладок над поверхностью коллектора. При этом возникает вибрация щеток, увеличивается трение и нарушается контакт между щетками и пластинами коллектора. В случае выступания прокладок их продораживают, добиваясь глубины залегания относительно поверхности коллекторных пластин 0,5—0,7 мм.
Наиболее простым способом контроля профиля коллектора, широко применяемым практиками, является нагрев его поверхности. При контроле колодку, изготовленную из твердых пород дерева (бук, дуб и др.), с помощью рычага прижимают на несколько секунд к поверхности коллектора, который быстро вращается. После появления слабого дыма колодку отводят от коллектора, останавливают электрическую машину и осматривают поверхность коллекторных пластин. Выступающие над поверхностью коллектора пластины имеют более темный цвет по сравнению с другими пластинами в связи с более сильным нагревом, поскольку нажатие на них деревянной колодки было большим.
Важное значение при диагностировании электрических машин имеет контроль контактов в местах соединения коллекторных пластин с обмоткой якоря. При нарушениях пайки на гребешках коллекторных пластин наблюдаются следы потемнения. Нарушение пайки или обрывы обычно определяют измерением падений напряжения в местах соединения коллекторных пластин с обмоткой якоря (рис. 33). При ухудшении контакта показания милливольтметра будут максимальными.
Рис. 33. Схема для проверки пайки пластин коллектора к проводам обмотки электрических машин
Соединение проводов обмотки с коллекторными пластинами считается удовлетворительным, если отклонения показаний милливольтметра составляют не более ±10% среднего значения.
Дополнительно по теме:
- Диагностирование изоляции катушек низковольтных аппаратов
- Диагностирование контактных систем низковольтных аппаратов
- Контроль напряжения втягивания и отпускания якорей магнитных пускателей
- Определение технического состояния щеточного механизма
- Проверка и регулировка коммутации машин постоянного тока
- Автоматический контроль технического состояния погружных электродвигателей
- Диагностирование короткозамкнутых обмоток роторов без разборки электродвигателей
- Диагностирование короткозамкнутых обмоток роторов разобранных электродвигателей
- Диагностирование подшипников без разборки электрических машин
- Определение технического состояния подшипников без съема с валов электрических машин
Как проверить щёточный узел
В автомастерские зачастую обращаются с проблемой, когда не работает щеточный узел. В основном проблема кроется в механическом или электрическом разрушении, но не стоит спешить выбрасывать данную деталь. Дальнейшая эксплуатация вполне возможна, если вы знаете, как проверить щеточный узел.
Как проверить щёточный узел генератора
Для начала давайте рассмотрим, как проверить щеточный узел у генератора. Следует снять деталь с автомобиля и произвести её разборку, так как нужный узел находится сзади возле вала генератора. Далее найдите на генераторе щетки и снимите щеточный узел, открутив крепеж.
Нам понадобится блок питания с возможностью регулировки нагрузки, зарядное устройство, автомобильная лампа на 12В и провода для системной сборки. Стоит отметить, что зарядное устройство не будет работать без аккумулятора.
Далее требуется подключить провода от реле-регулятора генератора к аккумулятору, и к их щеткам лампу на 12 В. Будьте очень осторожны, поскольку щетки довольно хрупкие и есть риск их сильно повредить. В противном случае знайте, что в Люберцах ремонт стартеров и генераторов далеко не единственная услуга. Могут помочь и с ремонтом щеток.
В нормальном состоянии во время подключения лампочка будет гореть равномерно и спокойно, поскольку щеточный узел – это проводник вала. Если подключение происходит в нормальном состоянии, то лампочка загорится, и будет равномерно и спокойно гореть, ведь щеточный узел — это проводник вала. Напряжение должно составлять 12,7 В.
Теперь нужно поднять напряжение до 14,7 В, что при этом лампа должна погаснуть. 14,5 В точка осечки естественного горения лампы. Попробуйте снизить напряжение, в норме лампочка должна загореться. Если это произошло, то реле-регулятор генератора работает исправно. Конечно, Вы можете не знать, для чего нужен якорь генератора, но при негативном результате задумайтесь о возможном ремонта механизма.
Как проверить щеточный узел генератора мультиметром
Не лишним будет узнать, как проверить щеточный узел генератора мультиметром. Этот метод является более правильным и в него входит проверка схем аккумулятора. Проводить манипуляцию следует с запущенным двигателем, используя при этом вольтметр.
В случае, когда двигатель не заведет вольтметр должен показывать 12,7В и если показатель другой, обязательно подзарядите аккумулятор. Запустите мотор автомобиля, на мультиметре укажите отметку до 20 В. Щупы приложите к клеммам, если в итоге напряжение базирует от 13 до 14 В, то это нормальное значение.
Стоит отметить, что такое значение подходит и в случае проведения ремонта грузовых стартеров, однако если показатель был ниже 12 или выше 14,5 это говорит о возможных неисправностях. Проблему стоит искать не только в реле, но и в генераторе.
Как проверить щеточный узел стартера
Напоследок рассмотрим, как проверить щеточный узел стартера. Для начала его необходимо осмотреть на предмет электрического разрушения. Бывает так, что якорь коллектора разваливается, а узел просто заломан без явного воздействия тока. Или же водитель крутит до конца так, что коллектор, узел и щётки перегреваются и разрушаются, оставляя нагары, прогары, а щетки разваливаются слоями.
Единственное, что можно сделать самостоятельно — это визуально оценить степень износа щеток. Если все зрительно проблем не наблюдается, то с помощью мегаомметра проверяется сопротивление изоляции. Такой способ применяется и по отношению к ремонту генераторов грузовиков и других автомобилей.
Не смотря на возможные проблемы с щеточными узлами, зачастую проблема кроется в клеммах на аккумуляторе. Они сами по себе предрасположены к окислению, после которого процесс зарядки затрудняется. Отсюда и появляются основные проблемы. Поэтому рекомендуем проводить диагностику с их осмотра.
Ремонт и техническое обслуживание генератора
К неисправностям генератора относится отсутствие зарядного тока при работе двигателя, а также повышенная или пониженная сила зарядного тока.
Отсутствие зарядного тока генератора при работе двигателя определяется по контрольным приборам, к которым относятся амперметр, вольтметр, контрольная лампа. Оно может быть вызвано неисправностью самого генератора, разрывом или растяжением ремня привода генератора, а также неисправностью цепи заряда аккумуляторной батареи.
При определении причин отсутствия зарядного тока генератора необходимо проверить состояние и степень натяжения ремня привода генератора, потом нужно проверить вольтметром или пробником регулируемое напряжение генератора. Для этого вольтметр подключают к клемме «+» генератора и к «массе» с соблюдением полярности, после этого устанавливается средняя частота вращения коленчатого вала двигателя, которая составляет примерно 2000 мин-1(об./мин.). После этого включают основные потребители электрического тока автомобиля, к которым относятся габаритные огни, отопитель, дальний свет фар. При этом вольтметр должен показывать напряжение в пределах 13,7-14,5 В. Если показания вольтметра находятся в этих пределах, то генератор исправен и причина неполадки кроется в цепи заряда аккумуляторной батареи. Если вольтметр показывает напряжение, выходящее за пределы допустимого, то необходимо снять щеточный узел с регулятором напряжения, проверить износ щеток, а также убедиться в отсутствии заеданий в щеткодержателе, загрязнений контактных колец якоря генератора, проверить надежность контактов регулятора напряжения. После выполнения вышеуказанных мероприятий необходимо снова проверить напряжение. Если выполненные действия не принесут положительного результата, то возможно, что неисправность кроется в регуляторе напряжения, который следует заменить на другой, заведомо исправный. Если после замены регулятора напряжение не восстановится, то необходимо снять генератор с автомобиля и провести более детальную проверку его состояния и заменить вышедшие из строя детали на новые.
Пониженная сила зарядного тока приводит к недозаряду аккумуляторной батареи, в результате чего снижается накал ламп приборов освещения и изменяется тембр звукового сигнала. Причинами пониженной силы зарядного тока могут быть нарушение работы щеточно-коллекторного узла, пробуксовка ремня привода генератора, повреждение одного из диодов выпрямительного блока, обрыв или межвитковое замыкание одной из фаз обмотки статора.
Для того чтобы определить неисправность, необходимо проверить натяжение ремня привода генератора, а также надежность контактов проводов. После этого снять щеточный узел и проверить загрязненность контактных колец, а также износ щеток и их заедание. Если после принятых мер напряжение не восстанавливается, то генератор снимают с автомобиля для проведения детальной проверки и замены вышедших из строя деталей.
Повышенная сила зарядного тока приводит к перезаряду аккумуляторной батареи. Кроме этого на больших оборотах двигателя стрелки контрольных приборов начинают зашкаливать, а электролит закипает и выплескивается из аккумуляторной батареи. Причиной повышенной силы зарядного тока может быть неисправность аккумуляторной батареи или регулятора напряжения. В этом случае для выявления неполадки нужно проверить напряжение генератора, как описано выше, и заменить неисправную аккумуляторную батарею или регулятор напряжения.
Ремонт генератора заключается в проверке его технического состояния, разборке, проверке технического состояния его деталей, замене неисправных деталей на новые и в последующей сборке.
Проверка технического состояния генератора осуществляется на специальном контрольно-измерительном стенде, который оборудован электроприводом, обеспечивающим плавное изменение частоты вращения ротора генератора, амперметром, разгрузочным реостатом и тахометром. Проверка на стенде заключается в определении минимальной частоты вращения ротора генератора, при которой достигается напряжение 12,5 В без нагрузки и с нагрузкой. Кроме этого на стенде проверяют величину тока нагрузки и регулируемого напряжения.
Разборку генератора проводят в следующей последовательности:
1) отвернуть крепления, снять щеткодержатель вместе с регулятором напряжения;
2) извлечь стяжные болты, снять крышку генератора вместе со статором;
3) отсоединить фазные обмотки статора от выводов на выпрямительном блоке, снять крышку выпрямительного блока;
4) отвернуть гайку крепления шкива вентилятора, снять шкив с вала ротора;
5) при помощи съемника снять переднюю крышку генератора;
6) если необходимо заменить передний подшипник, то нужно отвернуть винты его держателя и выпрессовать подшипник из крышки при помощи съемника.
Сборка генератора осуществляется в последовательности, обратной его разборке. Проверка технического состояния деталей генератора включает в себя проверку обмотки возбуждения ротора, обмоток статора, а также проверку диодов выпрямительного блока.
Обмотка возбуждения ротора проверяется при помощи амперметра. Для этого присоединяют щупы амперметра к кольцам якоря и по величине сопротивления определяют отсутствие обрывов или замыканий в обмотке возбуждения. Кроме этого обрыв обмотки можно определить при помощи индикатора, для этого через него подключают к контактным Кольцам обмотки возбуждения аккумуляторную батарею. Такая проверка может быть выполнена без снятия генератора с автомобиля, для этого только необходимо снять с генератора щеточный узел.
Проверка обмоток статора на короткое замыкание или на обрыв проводится при помощи индикатора и источника питания. Проверка обмоток статора на межвитковое замыкание осуществляется при помощи омметра, если обмотки статора исправны, то их сопротивление не должно отличаться более чем на 10%.
Диоды выпрямительного блока проверяют при помощи лампы и аккумуляторной батареи. Исправный диод способен пропускать ток только в одном направлении. Неисправный диод может пропускать ток в обоих направлениях (в случае короткого замыкания) либо не пропускать ток вообще (в случае обрыва цепи). Если в выпрямительном блоке поврежден один диод, то весь выпрямительный блок меняется на новый.
Короткое замыкание диодов выпрямительного блока можно проверить, не снимая генератор с автомобиля. Для этого необходимо отсоединить провода от генератора и аккумуляторной батареи, а также отсоединить вывод от регулятора напряжения и генератора. Проверку можно проводить при помощи индикатора и аккумуляторной батареи или при помощи омметра. Если при проверке загорается контрольная лампа, то в одном или нескольких диодах имеется замыкание и выпрямительный блок является неисправным.
При техническом обслуживании генератора следует обращать внимание на его чистоту. Работа генератора с отсоединенной от зажима клеммой « + » аккумуляторной батареи не допускается, потому что при такой работе может возникнуть кратковременное перенапряжение на зажиме « + » генератора, что, в свою очередь, может привести к повреждению регулятора напряжения и электронных устройств и бортовой сети автомобиля. Необходимо ежедневно контролировать работу генератора по приборам.
Через каждые 10 000-15 000 км пробега необходимо подтягивать крепления генератора на двигателе. Кроме этого также необходимо проверять натяжение приводного ремня и при необходимости его подтягивать.
Через каждые 60 000 км пробега необходимо снимать генератор, разбирать его, прочищать и протирать все его детали, а также продувать их сжатым воздухом, затем нужно продуть внутренность корпуса и крышек, проверить состояние контактных колец и щеток. При необходимости зачистить кольца мелкозернистой шкуркой или проточить их. Кроме этого если щетки выступают из щеткодержателя более чем на 5-8 мм, их надо заменить.