Устранение неисправностей и тестирование однофазных двигателей переменного тока

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру Мультиметров и Токовых клещей на приводимой страничке сайта в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

Однофазные двигатели распространены в бытовых и небольших промышленных устройствах. Они немного сложнее трехфазных моделей, поэтому важно распознавать виды отказов и общие симптомы.

Однофазные двигатели переменного тока (AC) можно найти в бытовых приборах и других простых промышленных приложениях. Все, от компрессора на холодильнике до водяного насоса и потолочного вентилятора в стандартном доме, использует однофазный двигатель переменного тока. Эти двигатели обычно используются в приложениях, где двигатель либо имеет два состояния (включен и выключен), либо может работать с постоянной скоростью, потенциально выбираемой из нескольких возможностей.

Добавление конденсатора делает их намного более сложными, чем трехфазный двигатель, и это также ограничивает возможность управления путем регулировки частоты, но их можно использовать в жилых помещениях, когда трехфазное питание недоступно, и поэтому они очень распространены. 

Однофазные двигатели переменного тока

Однофазный двигатель переменного тока состоит из нескольких важных частей. Большинство из этих двигателей содержат две катушки провода: пусковую обмотку и рабочую обмотку, хотя иногда их называют основной обмоткой и вспомогательной обмоткой соответственно. Обмотки включают статор, неподвижную внешнюю часть двигателя, которая генерирует магнитное поле, влияющее на вращение вала, который уместно называется ротором.

Многие однофазные двигатели имеют пусковой конденсатор, который обеспечивает дополнительный пусковой ток для запуска двигателя, но, что более важно, он вызывает небольшой сдвиг во времени максимального тока. Если он есть, он будет подключен последовательно с пусковой обмоткой, так что время максимального тока (и последующего магнитного поля) будет обеспечивать постоянное направление запуска.

Однофазные двигатели также могут иметь несколько отводов, то есть несколько мест для подачи тока на катушки. Это служит для управления скоростью двигателя. Представьте себе вентилятор в коробке; вентиляторы могут иметь три настройки скорости и положение ВЫКЛ. Эти три настройки скорости часто представляют собой три отдельных отвода, причем самая высокая скорость исходит от отвода с наименьшим количеством витков и наименьшим импедансом. Этот процесс работает только тогда, когда нагрузка на двигатель очень мала. 

В основе обычного бытового  вентилятора лежит однофазный двигатель переменного тока, который может работать на нескольких скоростях.

Тестирование однофазного двигателя переменного тока

Существует четыре распространенных вида отказов в отношении однофазных двигателей переменного тока. Во-первых, одна из обмоток может оборваться, что приведет к разомкнутой цепи. Во-вторых, может выйти из строя изоляция, что приведет к короткому замыканию. В-третьих, двигатель может быть перегружен по многочисленным причинам (что также может привести к первому отказу). Четвертый вид отказов — отказ пускового конденсатора, если двигатель им оснащен. 

Разрыв обмоток - разомкнутая цепь

Одной из наиболее распространенных причин отказа двигателя является обрыв обмотки. В этом режиме отказа провод в одной из двух обмоток разорван, и магнитное поле не генерируется. Очевидным признаком обрыва обмотки является то, что двигатель не вращается при подаче питания, но может свободно вращаться при повороте вручную.

Часто неисправность находится в одной из точек соединения, но обмотки могут выйти из строя в любом месте. К сожалению, если обмотка разорвана посередине, ее может быть трудно найти и редко стоит ремонтировать, так как двигатель необходимо перемотать. Если обмотка разорвана на одной из клемм, это обычно можно отремонтировать.

Тестирование на обрыв обмотки, как известно, сложно для однофазных двигателей. Поскольку пусковая обмотка содержит конденсатор и имеет разное сопротивление, нецелесообразно измерять каждую обмотку, чтобы определить неисправность.

Рисунок 1. Внутри однофазного двигателя есть доступ к клеммам запуска, работы и общего вывода, но каков порядок? Вместо этого проверьте основные провода питания. 

Все однофазные двигатели имеют два провода, входящих в корпус, L и N. Часто также есть третий провод заземления. Подсоедините мультиметр к выводам L и N и настройте измеритель на сопротивление. Значение должно начинаться с более низкого сопротивления, но не нуля, и должно быстро немного увеличиться и выровняться на немного более высоком значении (это намеренно неопределенно, так как точные значения сопротивления зависят от размера двигателя).

Это действие указывает на то, что емкостная пусковая обмотка действительно заряжалась должным образом и является функциональной, и поскольку сопротивление достигло устойчивого уровня, это также указывает на то, что рабочая обмотка является функциональной. Если пусковая обмотка разомкнута, сопротивление вообще не изменится. Если рабочая обмотка разомкнута, конденсатор будет продолжать заряжаться, а сопротивление будет медленно продолжать увеличиваться. 

Нарушение изоляции - Короткое замыкание

Противоположностью оборванной обмотки является короткое замыкание, при котором изоляция вышла из строя. Это можно обнаружить при визуальном осмотре, где изоляция в обмотках катушки изношена, расплавлена ​​или иным образом повреждена. Однако иногда повреждение скрыто внутри корпуса или невидимо для человеческого глаза, так как определенное химическое воздействие или термическая деградация изоляции могут привести к изменению диэлектрических свойств изоляции провода, что необходимо определить с помощью других средств.

Первый тест для определения неисправности изоляции — это использование мультиметра для проверки непрерывности или низкого сопротивления между клеммой S и корпусом или шасси. Затем этот тест повторяется с клеммой R. Наконец, следует проверить клемму C и корпус. Несмотря на общепринятые термины (общий, заземленный и т. д.), должно быть высокое сопротивление между клеммой C и шасси двигателя. Если какой-либо из этих тестов показывает низкое сопротивление, изоляция может быть повреждена.

Другой тест — это использование мегомметра для проверки изоляции, в случае если значение сопротивления ниже, чем должно быть, но не полностью равно нулю, как при настоящем коротком замыкании.

Мегаомметр подает высокое напряжение на свои клеммы, чтобы можно было измерить очень высокое сопротивление. Даже если двигатель прошел тест мультиметром, все равно хорошей идеей будет провести тест с мегаомметром. Показания ниже мегаома указывают либо на прямое короткое замыкание, либо на пробой изоляции или диэлектрика. При тестировании с мегаомметром следует соблюдать особую осторожность, так как они могут использоваться для подачи напряжения 5000 В и более. 

Рисунок 2. Этот двигатель представляет собой коммутирующий двигатель переменного тока, который подает ток как на обмотки ротора, так и на обмотки статора. 

Перегрузка двигателя

Я (автор) впервые столкнулся с перегрузкой однофазного двигателя переменного тока, когда был ребенком. С верхней полки своей двухъярусной кровати он продолжал складывать одежду на потолочный вентилятор и включать его. Какое-то время это казалось забавной игрой. В конце концов, пара пижамных штанов обернулась вокруг вентилятора, и в сочетании с грузом другой одежды и несбалансированным характером укладки вентилятор перестал вращаться, вместо этого слегка жужжа. Внезапно в комнате погас свет. Двигатель продолжал потреблять больше тока, пока не сработал выключатель.

Множество условий могут привести к перегрузке двигателя, например, физическая перегрузка двигателя, как описано выше, невыполнение технического обслуживания, в результате чего смазанные поверхности становятся несмазанными, собирается пыль и мусор, которые могут застопорить двигатель, и другие подобные ситуации. Кроме того, многие из этих двигателей также имеют тепловой выключатель, который может размыкаться, если двигатель работает слишком жарко. Иногда это проблема с бытовыми приборами, когда их вентиляционные отверстия заблокированы на переполненных столешницах или задвинуты в угол из эстетических, а не функциональных соображений.

Перегрузку можно устранить, проверив двигатель и условия его работы, а затем заменив их. Замена комплекта изношенных подшипников, снятие части нагрузки, нанесение смазки или перемещение двигателя в место с лучшей вентиляцией могут решить эту проблему. Однако, если двигатель был перегружен несколько раз, может быть полезно проверить обмотки, чтобы убедиться, что изоляция не была термически повреждена. 

Отказ конденсатора

Некоторые двигатели имеют большой конденсатор для повышения и смещения тока для запуска двигателя. Этот пусковой конденсатор задействован только во время запуска, заряжаясь и разряжаясь. Если двигатель оснащен пусковым конденсатором и периодически или постоянно не запускается, но двигатель вращается свободно, и никакие выключатели не переключаются, возможно, пусковой конденсатор неисправен.

Вышедшие из строя конденсаторы могут быть физически повреждены. Любой конденсатор, который вздулся по бокам или имеет утечку электролита, следует заменить. Однако некоторые просто высыхают, и нет никаких видимых признаков их неисправности. Для проверки пускового конденсатора можно использовать хороший мультиметр. Однако будьте осторожны при обращении с конденсаторами. Если конденсатор работает, он может сохранять заряд в течение многих лет после отключения от питания. 

Рисунок 3. Этот старый двигатель воздушного компрессора имеет большой конденсатор для пусковой обмотки. 

Однофазные двигатели переменного тока

Однофазные двигатели переменного тока очень распространены в домашнем хозяйстве и для небольших приборов. Хотя они не работают так плавно, имеют ограниченные возможности управления и, как правило, изнашиваются быстрее, чем их трехфазные аналоги, их простота и недорогая конструкция делают их популярным выбором для потребительских товаров.

Хотя устранение неисправностей этих двигателей возможно, часто дешевле заменить двигатель или, может быть, даже все устройство, чем ремонтировать такой двигатель.

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик мультиметров в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry

Магазин Gtest® - официальный поставщик мегомметров в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/megaommetr