Наладку двигателей постоянного тока выполняют в следующем объеме: внешний осмотр, измерение сопротивлений обмоток постоянному току, измерение сопротивлений изоляции обмоток относительно корпуса и между собой, испытание междувитковой изоляции обмотки якоря, пробный пуск.
Внешний осмотр двигателя постоянного тока, как и осмотр асинхронного двигателя, начинают со щитка. На щитке двигателя постоянного тока должны быть указаны следующие данные:
- наименование или товарный знак завода-изготовителя,
- тип машины,
- заводской номер машины,
- номинальные данные (мощность, напряжение, ток, частота вращения),
- способ возбуждения машины,
- год выпуска,
- масса и ГОСТ машины.
Выводы обмотки двигателя постоянного тока должны быть надежно изолированы друг от друга и от корпуса, расстояние между ними и корпусом должно быть не менее 12—15 мм. Особое внимание при внешнем осмотре обращают на коллектор и щеточный механизм (щетки, траверсу и щеткодержатели), так как их состояние в значительной мере влияет на коммутацию машины, а следовательно, и на устойчивость ее работы.
При осмотре коллектора убеждаются в отсутствии на рабочей поверхности следов резца, выбоин, пятен лака и краски, а также следов нагара от неудовлетворительной работы щеточного механизма. Изоляция между коллекторными пластинами должна быть выбрана на глубину 1—2 мм, с краев пластин должна быть снята фаска шириной 0,5—1 мм (в зависимости от мощности двигателя). Промежутки между пластинами должны быть совершенно чисты — в них не должно быть металлических стружек или опилок, пыли от графитовых щеток, масла, лака и т. п.
На работу двигателя постоянного тока, а особенно его щеточного механизма, влияют биение коллектора и его вибрация. Чем выше окружная скорость коллектора, тем меньше величина допустимого биения. Для быстроходных двигателей предельно допустимая величина биения не должна превышать 0,02—0,025 мм. Величину амплитуды вибрации измеряют индикатором часового типа.
При проведении измерения наконечник индикатора прижимают к поверхности в том направлении, в котором необходимо произвести измерение вибрации. Так как поверхность коллектора прерывистая (чередуются пластины коллектора и впадины), используют хорошо притертую щетку, в которую должен упираться наконечник индикатора. Корпус индикатора должен быть укреплен на основании, не подверженном вибрации.
При измерении стрелка индикатора колеблется с частотой измеряемой вибрации в пределах определенного угла, величина которого и оценивается по шкале индикатора в сотых долях миллиметра. Однако этот прибор позволяет измерять вибрации при частоте вращения не более 750 об/мин. Для двигателей, частота вращения которых превышает 750 об/мин, необходимо пользоваться специальными приборами—виброметрами или вибрографами, которые позволяют измерять или записывать вибрацию тех или иных узлов машины.
Биение также измеряют с помощью индикатора. Биение коллектора измеряют как в холодном, так и в нагретом состоянии машины. При измерении обращают внимание на поведение стрелки индикатора. Плавное движение стрелки указывает на достаточную цилиндричность поверхности, а подергивание стрелки свидетельствует о местных нарушениях цилиндричности поверхности, особенно опасной для щеточного механизма двигателя. Измерение биения носит условный характер, так как опыт работы оказывает, что есть двигатели, у которых при малых частотах вращения значения биений велики, а при номинальной скорости они работают удовлетворительно. Потому окончательное заключение о качестве работы коллектора можно дать лишь после проверки работы двигателя под нагрузкой.
Осматривая механическую часть двигателя постоянного тока, следует обращать внимание на состояние паек н соединений обмоток, подшипниковых узлов, на равномерность зазора (при разобранном двигателе). Зазор, измеренный в диаметрально противоположных точках между якорем и главными полюсами двигателя, не должен отличаться от среднего значения более чем на 10% при зазорах менее 3 мм и не более чем на 5% при зазорах более 3 мм.
После проверки биений и вибраций приступают к регулировке щеточного механизма двигателя. Щетки в обоймах должны свободно перемещаться, но не должны пошатываться. Нормальный зазор между щеткой и обоймой в направлении вращения не должен превышать 0,1— 0,4 мм, в продольном направлении 0,2—0,5 мм.
Нормальное удельное давление щеток на коллектор в зависимости от марки материала щетки должно быть не менее 150—180 г/см2 для графитовых щеток, 220— 250 г/см2 для медно-графитовых. Во избежание неравномерного распределения тока давление отдельных щеток не должно отличаться от среднего более чем на 10%. Величину удельного давления определяют следующим образом. Между коллектором и щеткой помещают лист тонкой бумаги, к щетке прикрепляют динамометр, а затем, оттягивая динамометром щетку, находят такое положение, когда можно будет свободно вытянуть лист бумаги. Показание динамометра в этот момент соответствует Давлению щетки на коллектор. Удельное давление определяют путем деления показания динамометра на площадь основания щетки.
Правильная установка щеток является одним из важнейших факторов нормальной работы машины. Щеткодержатели устанавливают таким образом, чтобы щетки стояли строго параллельно пластинам коллектора и расстояния между их сбегающими краями были равны полюсному делению машины с погрешностью не более 2%.
У двигателей, имеющих несколько траверс, щеткодержатели размещают таким образом, чтобы щетки перекрывали по возможности большую часть длины коллектора (так называемое шахматное расположение). Это позволит участвовать в коммутации всей длине коллектора, что способствует более равномерному его износу. Однако при таком размещении щеток необходимо следить за тем, чтобы щетки не выступали при работе (с учетом разбега вала) за край коллектора. Щетки перед пуском двигателя в ход тщательно притирают к коллектору (рис. 1) стеклянной (но не карборундовой) бумагой с зернами средней крупности. Зерна карборундовой бумаги могут внедриться в тело щетки и затем при работе наносить царапины на коллектор, тем самым ухудшая условия коммутации машины.
Прежде чем приступить к проверке правильности включения обмоток, изучают маркировку выводов машины конкретного типа. В двигателях постоянного тока выводы обмоток маркируют согласно ГОСТ 183—66 первыми прописными буквами их наименования с добавлением после них цифры 1 — для начала обмотки и 2 — для ее конца. При наличии в двигателе других обмоток такого же наименования, начала и концы их маркируют цифрами 3—4, 5—6 и т. д. Обозначения выводов могут соответствовать схемам возбуждения и направлениям вращения двигателя, которые приведены на рис. 2.
Правильность включения обмоток полюсов проверяют для уточнения чередования их полярности. Чередование полярности дополнительных и главных полюсов для любой машины должно быть строго определенным для данного направления вращения машины. При переходе от полюса к полюсу по направлению вращения машины, работающей в режиме двигателя, после каждого главного полюса следует дополнительный полюс той же полярности, например N—п, S—s. Чередование полярности полюсов может быть определено несколькими способами: внешним осмотром, с помощью магнитной стрелки, и с помощью специальной катушки.
Первый способ применяют в тех случаях, когда направление намотки обмоток можно проследить визуально.
Рис. 1. Притирание щеток к коллектору: . а — неправильно; б — правильно
Рис. 2. Обозначения выводов обмоток двигателей постоянного тока при различных схемах возбуждения и направлениях вращения
Зная направление намотки обмотки и пользуясь правилом «буравчика», определяют полярность полюсов. Этот способ удобен для катушек последовательной обмотки возбуждения, направление намотки которой благодаря значительному сечению витков определить очень легко.
Второй способ применяют в основном для катушек обмоток параллельного возбуждения. Сущность этого способа заключается в следующем. В обмотку двигателя подают ток, подвешивают на нитке магнитную стрелку, полярность концов которой помечена, и подносят ее поочередно к каждому полюсу. В зависимости от полярности полюса стрелка повернется к нему концом противоположной полярности.
При использовании указанного способа необходимо помнить, что стрелка обладает способностью перемагиичиваться, поэтому опыт необходимо производить как можно быстрее. Способ магнитной стрелки редко применяют для определения полярности обмотки последовательного возбуждения, так как для создания достаточно сильного поля необходимо пропустить через обмотку значительный ток.
Третий способ определения полярности обмоток применим для любой обмотки, он носит название способа пробной катушки. Катушка может иметь любую форму — торроидальную, прямоугольную, цилиндрическую. Катушку наматывают с возможно большим числом витков из тонкой изолированной медной проволоки на каркас из картона, целлулоида и т. п. Катушку присоединяют к чувствительному гальванометру и прикладывают к поверхности полюса (рис. 3), а затем быстро сдергивают с него и замечают направление отклонения стрелки милливольтметра.
Соединение обмоток считают правильным, если под каждыми двумя соседними полюсами стрелки прибора отклоняются в разные стороны, при условии, что пробная катушка обращена к полюсам одной и той же стороной. Проверку правильности присоединения обмотки добавочных полюсов по отношению к обмотке якоря производят по схеме, приведенной на рис. 4.
При замыкании ключа К стрелка милливольтметра будет отклоняться. При правильном включении намагничивающая сила обмотки дополнительных полюсов направлена встречно намагничивающей силе обмотки якоря, поэтому обмотка якоря и обмотка дополнительных полюсов должны включаться встречно, т. е. минус (или плюс) якоря следует соединить с минусом (или с плюсом) обмотки дополнительных полюсов.
Рис. 3. Определение полярности полюсов двигателей постоянного тока с помощью пробной катушки
Рис. 4. Схема проверки правильности включения обмотки добавочных полюсов по отношению к обмотке якоря
Для проверки взаимного включения обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки можно использовать схему, приведенную на рис. 5, для небольших по мощности двигателей.
При нормальней работе двигателя постоянного тока магнитный поток, создаваемый компенсационной обмоткой, должен совпадать по направлению с магнитным потоком обмотки дополнительных полюсов. После определения полярности обмоток компенсационная обмотка и обмотка дополнительных полюсов должны включаться согласованно, т. е. минус одной обмотки следует соединить с плюсом другой.
Рис. 5. Схема проверки правильности включения обмотки дополнительных полюсов к компенсационной обмотке
Прежде чем определять полярность щеток и производить необходимые измерения сопротивлений обмоток, устанавливают щетки на нейтраль. Под нейтралью электрического двигателя понимается такое взаимное расположение обмоток главных полюсов и якоря, когда коэффициент трансформации между ними равен нулю. Для установки щеток на нейтраль собирают схему (рис. 6).
Обмотку возбуждения подключают к источнику питания (батарее) через ключ, а к щеткам якоря подключают чувствительный милливольтметр. При подаче в обмотку возбуждения тока толчком, стрелка милливольтметра отклоняется в ту или иную сторону. При положении щеток строго по нейтрали стрелка прибора отклоняться не будет.
Точность обычных приборов невелика — в лучшем случае 0,5%. Поэтому щетки устанавливают в положение, соответствующее минимальному показанию прибора, и считают, что это нейтраль. Трудность установки щеток на нейтраль заключается в том, что положение нейтрали зависит от положения пластин коллектора.
Очень часто бывает, что нейтраль, найденная для одного положения якоря, сдвигается при его проворачивании. Поэтому определяют положение нейтрали для двух различных положений вала. Если положение нейтрали оказывается различным для различных положений якоря, то следует выставить щетки в среднем положении между двумя отметками. Точность установки щеток на нейтраль зависит от степени прилегания поверхности щетки к коллектору. Поэтому для получения более точного результата при определении нейтрали двигателя предварительно притирают щетки к коллектору.
Полярность щеток определяется одним из следующих способов.
1. К двум точкам коллектора (рис. 7), отстоящим от разноименных щеток на одинаковом расстоянии, присоединяют вольтметр. При подаче возбуждения стрелка вольтметра отклонится в ту или иную сторону. Если стрелка отклонится вправо, то «плюс» находится в точке 1, а «минус» — в точке 2. Ближайшая против направления вращения щетка будет иметь полярность присоединенного зажима прибора.
2. Через обмотку возбуждения пропускают постоянный ток определенной полярности, к якорю подключают вольтметр и приводят якорь во вращение толчком от руки или с помощью механизма. Стрелка вольтметра при этом отклонится. Направление отклонения стрелки укажет полярность щеток.
Измерение сопротивления обмоток двигателя постоянного тока является весьма важным элементам проверки двигателей постоянного тока, так как по результатам измерения судят о состоянии контактных соединений обмоток (паек, болтовых, сварных соединений). Измерение сопротивления обмоток двигателя производят одним из следующих методов: амперметра—вольтметра, одинарного или двойного моста и микроомметром.
Необходимо помнить о некоторых особенностях измерений сопротивления обмоток двигателей постоянного тока.
1. Сопротивление последовательной обмотки возбуждения, уравнительной обмотки, обмотки добавочных полюсов невелико (тысячные доли ома), поэтому измерения производят микроомметром или двойным мостом.
2. Сопротивление обмотки якоря измеряют по методу амперметра—вольтметра с использованием специального двухконтактного щупа с пружинами в изоляционной рукоятке (рис. 8). Измерение проводят следующим образом: к пластинам коллектора неподвижного якоря со снятыми щетками поочередно подводят постоянный ток от хорошо заряженной батареи напряжением 4—6 В. Между пластинами, к которым подводится ток, измеряют падение напряжения с помощью милливольтметра. Искомая величина сопротивления одной ветви якоря
Рис. 6. Схема проверки правильности установки щеток на нейтраль
Рис. 7. Схема определения полярности щеток
Рис. 8 Измерение сопротивления якоря с помощью двухконтактного щупа
Аналогичные измерения проводят для всех остальных пластин. Значения сопротивлений между каждыми соседними пластинами не должны отличаться друг от друга более чем на 10% от номинального значения (при наличии у машины уравнительной обмотки отличие может достигать 30%).
Измерение сопротивления изоляции обмоток и проверку электрической прочности изоляции обмоток проводят аналогично соответствующим пунктам проверки асинхронных двигателей.
Первоначальное включение двигателя постоянного тока проводят непосредственно после наладки двигателя с целью окончательной проверки его исправности. Аналогично асинхронным двигателям двигатели постоянного тока испытывают в режиме холостого хода при отсоединенном механизме и редукторе. Подобное испытание двигателя постоянного тока в режиме холостого хода необходимо для правильной настройки схемы управления.
Пуск двигателя на холостом ходу и под нагрузкой нужно проводить с большими предосторожностями. Непосредственно перед пуском необходимо убедиться в легкости вращения якоря, отсутствии задевания якоря о статор, в наличии смазки в подшипниках, а также проверить реле защиты. Ток срабатывания максимальной защиты не должен превышать 200% максимального тока двигателя. При пробном пуске двигателя постоянного тока контролируют качество коммутации, наблюдая за коллектором во время толчков пускового тока, а затем при работе двигателя вхолостую на максимальном напряжении и при максимальной частоте вращения.
Нагрузка не должна вызывать усиления степени искрения по сравнению с работой на холостом ходу. Допускается работа двигателя постоянного тока при степени искрения щеток 11/2 и даже 2. При более значительной степени искрения проводят наладку коммутации: установку щеток на нейтраль, проверку правильности включения обмотки дополнительных полюсов, проверку нажатия щеток на коллектор и степени прилегания щеток к коллектору.
Следует помнить, что недопустимое искрение на коллекторе может быть связано с неисправностью схемы управления, так как от схемы зависит скорость изменения тока в цепях якоря и возбуждения, максимальные значения толчков тока, соотношение тока якоря и магнитного потока машины в различные моменты времени. После наблюдения работы под нагрузкой и настройки коммутации двигателя постоянного тока процесс наладки можно считать законченным.