Неисправности электродвигателей: поиск первопричины по следам повреждений и решение «ремонт или замена»

На одной мукомольной фабрике один и тот же двигатель элеватора за год сгорел трижды. Каждый раз двигатель отправляли перемотчику, обмотку меняли и ставили его на место. При четвёртом отказе перемотчик, вскрыв двигатель, показал, что обуглилась только одна фаза обмотки, а две другие почти целы. Проблема была не в двигателе, а в ослабленном контакте контактора в щите: каждый раз двигатель продолжал работать на двух фазах, и тепловое реле не успевало это выявить. Затрат на три перемотки можно было избежать одним поворотом отвёртки.

Отказ электродвигателя чаще всего — следствие, а не причина. Ремонт двигателя или установка нового снова запускает линию; но если причина не найдена, та же неисправность повторится и на новом двигателе. В этой статье рассматриваются шаги после остановки двигателя, о чём говорят следы повреждений и как на основе этих сведений принимать решение «ремонт или замена». Диагностику по признакам шума, нагрева и вибрации у работающего двигателя мы отдельно описали в руководстве по диагностике неисправностей.

Двигатель остановился: что сделать в первый час

Сведения о моменте отказа в значительной мере теряются после демонтажа двигателя. Поэтому первым делом, до снятия двигателя с места, нужно зафиксировать состояние:

• Какая защита сработала? Тепловое реле, автомат защиты двигателя, предохранитель или датчик обмотки? Каждая из них указывает в своём направлении.
• Что происходило непосредственно перед отказом? Двигатель остановился при пуске, после длительной работы или при росте нагрузки?
• Проверьте в щите напряжение трёх фаз и затяжку соединений контактора и клемм; обгоревший или изменивший цвет наконечник сам по себе многое говорит.
• Отсоедините двигатель от машины и проверните вал вручную. Если есть заклинивание, это самый простой способ определить, где проблема — в двигателе или в машине.
• Измерьте сопротивление изоляции на клеммах двигателя и запишите результат.

Как проводится измерение изоляции и как интерпретировать результат, мы подробно описали в статье об испытании мегаомметром. Эта запись, занимающая несколько минут, скажет перемотчику или поставщику гораздо больше, чем фраза «двигатель сгорел».

Картина прогара обмотки указывает на причину

Сгоревшая обмотка при вскрытии оставляет своего рода след. Опытный перемотчик может по этому следу в значительной мере определить, откуда пришла неисправность. По общим инженерным представлениям чаще всего встречаются следующие картины:

• Полное почернение одной фазы при целых остальных: Двигатель потерял одну фазу и продолжал работать на двух. Причина чаще всего находится вне двигателя: перегоревший предохранитель, ослабленное соединение, неисправный полюс контактора. Именно так было в примере из начала статьи.
• Равномерное почернение трёх фаз по всей обмотке: Двигатель долго работал с током выше номинального. Такую картину создают перегрузка, пониженное напряжение питания, забитое охлаждение или слишком частые пуски.
• Локальный пробой на небольшом участке обмотки: В одной точке нарушилась изоляция. Возможные причины — влага, токопроводящая пыль, виток, перетирающийся из-за вибрации, или импульс напряжения. У двигателей с питанием от преобразователя частоты по длинному кабелю следует также иметь в виду пробой первых витков.
• Пробой фаза — земля на выходе из паза или в лобовой части обмотки: Часто встречается вместе с влагой и загрязнением; более распространён там, где двигатель долго простаивает или подвергается мойке.

Эти картины — не окончательный вердикт, а способ задать правильный вопрос. Если прогар только в одной фазе, а неисправность в щите не найдена, новый двигатель будет работать с тем же риском.

Язык повреждений подшипников и механики

Значительная часть отказов двигателей начинается не с обмотки, а с подшипника; при заклинивании подшипника двигатель стопорится, и обмотка сгорает на втором этапе. Следы на снятом подшипнике тоже указывают на причину. Регулярно расположенные полосы на поверхности кольца (обычно их называют рифлением) свидетельствуют о прохождении тока через подшипник и, как правило, встречаются у больших двигателей с питанием от преобразователя. Износ, сосредоточенный с одной стороны, наводит на мысль о перетянутом ремне или несоосной муфте. Загустение и потемнение смазки указывает на нагрев, капли воды в ней — на проникновение влаги, а полное отсутствие смазки — на пропущенный интервал смазывания.

Первопричины на механической стороне чаще всего находятся в машине, с которой соединён двигатель. Новый двигатель, установленный без исправления центровки муфты и натяжения ремня, изнашивает тот же подшипник за то же время. Тему центровки со стороны муфты вы найдёте в статье о выборе муфты и центровке валов.

Почему не успела защита?

Каждый сгоревший двигатель означает также, что защита не выполнила своей задачи. Выставлена ли уставка теплового реле по току с заводской таблички или завышена, «чтобы не выбивало»? Контролирует ли обрыв фазы отдельное реле? Если в обмотке есть датчик PTC или PT100, подключён ли он или его провод висит свободно в клеммной коробке? На объектах ответы на эти вопросы часто удивляют. Обязательно включите проверку уставок защиты в перечень послеаварийного осмотра; как выбирать и настраивать защиту, мы рассмотрели в статье о выборе теплового реле, реле и предохранителя.

Ремонт или замена? Решение после выяснения причины

После того как первопричина определена, решение получает более прочную основу. Несколько ориентиров:

• Если причина внешняя, а корпус, вал и ротор двигателя исправны: Перемотка — разумный вариант; но сначала необходимо устранить внешнюю неисправность.
• Если двигатель уже несколько раз перематывался или это старая малоэффективная модель: Каждая перемотка может приводить к некоторому снижению КПД. В приводе с большой наработкой новый двигатель IE3 или IE4 со временем компенсирует разницу за счёт энергии.
• Если есть трещина в корпусе, изгиб вала, следы задевания на роторе: Стоимость и риски ремонта быстро растут; замена, как правило, более целесообразна.
• Если час простоя линии стоит дорого: Вместо ожидания на время ремонта замена на точный аналог с хранением отремонтированного двигателя в качестве резерва объединяет оба варианта.

Стоимость и влияние перемотки на КПД мы описали в статье «перемотать двигатель или купить новый», а как подобрать вместо старого двигателя аналог с совпадающими размерами — в руководстве по прямой замене.

Журнал отказов: самый дешёвый способ предотвратить следующий

Краткая запись после каждого отказа со временем формирует собственную карту отказов объекта: какой двигатель, когда, по срабатыванию какой защиты остановился, какую картину показало повреждение, какова была первопричина и что было заменено. Повторяющиеся отказы на одной линии или в одной группе щитов легко заметны в этих записях. Если в том же файле хранятся данные заводских табличек, монтажное исполнение, размеры вала и фланца критически важных двигателей, при следующем отказе поиск правильного резерва займёт минуты.

Заключение

Главная выгода при неисправностях электродвигателей — не в замене двигателя, а в выяснении причины отказа. Запись, сделанная в первый час, картина повреждения обмотки и подшипника и проверка уставок защиты часто показывают, что проблема находится вне двигателя. Решение о ремонте или замене, принятое после устранения первопричины, позволяет не столкнуться с той же неисправностью через несколько месяцев. Если требуется замена, вы можете вместе с данными заводской таблички посмотреть варианты асинхронных двигателей, а для подбора аналога обратиться к нашей технической команде.

Часто задаваемые вопросы

Достаточно ли сразу заменить сгоревший двигатель новым?

Это может понадобиться, чтобы быстро запустить линию, но новый двигатель, установленный без выяснения причины отказа, работает с тем же риском. Замена без проверки фазных соединений, уставок защиты, центровки муфты и нагрузки чаще всего приводит к повторению той же неисправности.

Что означает прогар одной фазы обмотки?

Как правило, это показывает, что двигатель потерял одну фазу и продолжал работать на двух. Причина чаще всего вне двигателя; следует проверить перегоревший предохранитель, ослабленную клемму или неисправный полюс контактора и предусмотреть защиту, контролирующую обрыв фазы.

Может ли неисправность подшипника привести к прогару обмотки?

Да. При заклинивании подшипника ротор стопорится, двигатель потребляет очень большой ток, и если защита не сработает вовремя, обмотка быстро сгорает. В этом случае недостаточно только перемотать обмотку; нужно также выяснить, почему вышел из строя подшипник.

Целесообразно ли перемотать неисправный двигатель и держать его в резерве?

Для двигателя с исправными корпусом, валом и ротором это часто целесообразно. Линия сразу запускается с новым или эквивалентным двигателем, а отремонтированный двигатель хранится в резерве для использования при следующем отказе.

Чтобы подобрать двигатель с такими же характеристиками взамен неисправного, пришлите фотографию заводской таблички; совместимость по габариту можно проверить по таблице габарит – мощность.